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Centro de Formação Profissional “Aloysio Ribeiro de Almeida” SOLDAGEM TIG

Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade

Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração Ademir Soares da Fonseca

Unidade Operacional

Centro de Formação Profissional “Aloysio Ribeiro de Almeida” Varginha – MG 2004

Presidente da FIEMG2
Apresentação5
1 - Fundamentos do Processo6
2 - O Processo TIG7
3 - Gases de Proteção9
4 - Fontes de Soldagem no Processo TIG1
5 - Corrente Elétrica no Processo TIG12
6 - Eletrodos Para o Processo TIG14
7 - Metais de Adição18
8 - Variáveis do Processo e Suas Influências19
9 - Defeitos de Soldagem e Suas Possíveis Causas2
10 - Técnicas de Soldagem25
1 - Características do Processo27
12 - Segurança28

Sumário Referências Bibliográficas.............................................................................................................29

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Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. “ Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação.

O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência:” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet- é tão importante quanto zelar pela produção de material didático.

Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.

O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada !

Gerência de Educação e Tecnologia

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1 -- Fundamentos do Proceso

O processo de soldagem a arco sob proteção gasosa consiste em um aquecimento localizado da região a se unir, até que esta atinja o ponto de fusão, formando - se então a poça de metal líquido, que receberá o metal de adição também na forma fundida.

A energia necessária para fundir tanto o metal base quanto o metal de adição, é fornecida pelo arco elétrico.

No arco elétrico temos cargas elétricas fluindo entre dois eletrodos através de uma coluna de gás ionizado como mostra a figura nº 1.

Figura nº 1: Arco elétrico utilizando o argônio como gás de ionização.

eletrodo argônio Arco elétrico

Para isolar a região de soldagem dos contaminantes atmosféricos ( nitrogênio, oxigênio e umidade ), que prejudicam as propriedades mecânicas da junta, são utilizados gases de proteção com características químico-físicas específicas que também ajudam a formar e manter o arco elétrico estável.

A altura do arco elétrico é controlada pela diferença de potencial (voltagem) aplicada entre os eletrodos, no caso do processo MIG/MAG, ou pela distância eletrodo peça no caso do processo TIG, e sua intensidade pela corrente elétrica (amperagem) que se faz fluir através da coluna de gás ionizado (plasma).

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2 -- O Proceso TIG

O processo TIG na maior parte de sua aplicação, é um processo essencialmente manual de soldagem. Aplicado principalmente na soldagem de chapas finas ( 0,2 a 3,0 m ) de aços ao carbono, aços inoxidáveis, alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas, titânio etc..., e onde os requisitos de propriedades mecânicas ou acabamento exigem este tipo de processo de soldagem.

O calor necessário para a realização da operação de soldagem é fornecido pelo arco elétrico que é estabelecido a partir de um eletrodo não consumível de tungstênio puro ou ligado. Para evitar a oxidação deste eletrodo por gases ativos como o CO e o oxigênio, são utilizados neste processo gases inertes puros, combinados ou não. A escolha da proteção ideal depende da espessura e tipo de metal base a ser soldado. Durante a operação de soldagem manual, após a determinação da corrente de soldagem e vazão de gás, o soldador deve controlar a altura do arco elétrico, a velocidade de soldagem e a alimentação do metal de adição através de varetas.

A figura nº 2 ilustra o processo e a nº 3 os equipamentos utilizados.

tocha

Metal de adiçãogás arco metal base poça de fusão metal de solda

Figura nº 2: Esquema do processo TIG

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Soldagem TIG _ regulador de pressão tocha cabo negativo água cabo positivo Argônio fonte sistema de refrigeração contato gás

1 - alta frequência 2 - pré fluxo 3 - pós fluxo 4 - seletor de corrente 5 - ajuste da corrente

Figura nº 3: Equipamentos utilizados no processo TIG

A fonte de soldagem fornece corrente (amperagem) constante podendo ser contínua ou alternada. Com corrente contínua deve-se utilizar a polaridade direta, isto é, o eletrodo conectado no polo negativo e a peça no polo positivo. O valor e tipo da corrente dependem da espessura e tipo de metal base a ser soldado.

Na fonte, além do controle do valor da corrente de soldagem, temos o pré - fluxo de gás que determina o intervalo de tempo entre o início da vazão e a ignição do arco elétrico ( protegendo o eletrodo na abertura do arco elétrico ), o pós fluxo que determina o intervalo de tempo entre a extinção do arco e o fim da vazão de gás ( protegendo a poça de fusão e o eletrodo, ainda quentes, da oxidação no final da operação de soldagem ) e a intensidade da corrente de alta freqüência ( utilizada para ignitar o arco elétrico e estabilizar o arco com corrente alternada ).

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3 -- Gases de Proteção

a sua propriedade de alta emissividade eletrônica desestabilizando o arco

Os gases de proteção utilizados no processo TIG tem a função de formar e estabilizar o arco elétrico, proteger a poça de fusão dos contaminantes atmosféricos e o eletrodo de tungstênio da oxidação ( o eletrodo se oxidado perde elétrico ).

Os gases utilizados neste processo devem ser inertes, daí a denominação TIG ( Tungstênio Inerte Gás). Os mais utilizados são o argônio, hélio, misturas de argônio e hélio, e misturas de argônio e hidrogênio.

O argônio é o gás comumente utilizado neste processo devido as seguintes características:

- alta densidade relativa ( 1,38 ) conferindo boa proteção do eletrodo, do arco

- baixo custo. elétrico e da poça de fusão. - ótima estabilidade de arco.

- penetração de solda satisfatória na maior parte das aplicações.

Quando é necessário maior aporte térmico, como no caso da soldagem do alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas de grandes espessuras, além do pré - aquecimento é recomendado o uso do gás hélio ou misturas de hélio com argônio.

O gás hélio possui alta condutividade térmica, bem superior ao argônio, fornecendo mais calor à poça de fusão proporcionando soldas com boa penetração e molhabilidade. A figura nº 4 mostra o perfil de penetração da solda com hélio e argônio.

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Figura nº 4: Perfil da penetração de solda com os gases hélio e argônio. Hélio Argônio

A utilização do hélio puro possui os seguintes pontos desfavoráveis:

- alto custo. - baixa densidade relativa ( 0,14 ) sendo necessário altas vazões para a mesma eficiência de proteção do argônio. - alta tensão do arco para o mesmo nível de corrente com o argônio.

- difícil ignição do arco.

Portanto, as misturas de argônio e hélio que apresentam características intermediárias entre os dois gases, são muitas vezes a melhor alternativa na escolha do gás de proteção ideal para determinada aplicação.

O hidrogênio, apesar de ser um gás ativo, tem característica redutora podendo ser adicionado ao argônio em pequenas quantidades ( menor que 5% ) afim de aumentar a penetração de solda e a velocidade na soldagem automatizada de aços inoxidáveis.

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4 -- Fontes de Soldagem no Proceso TIG

As fontes para o processo TIG são do tipo corrente constante podendo fornecer corrente contínua, alternada com onda senoidal ou quadrada, e correntes pulsadas ( as fontes utilizadas no processo eletrodo revestido podem ser facilmente adaptadas ao processo TIG ).

Os valores de corrente fornecidos pelas fontes TIG geralmente variam de 5 a 500 amperes abrangendo uma grande gama de espessuras a partir de 0,2 m. A tensão em circuito aberto não ultrapassa 80 Volts para a segurança do operador.

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5 -- Corente Elétrica no Proceso TIG

O tipo de corrente elétrica utilizada neste processo influencia a penetração de solda, a limpeza superficial dos óxidos da superfície do metal base e o desgaste do eletrodo de tungstênio.

A figura abaixo mostra o efeito do tipo de corrente na penetração de solda e na concentração de calor no eletrodo e na peça.

Figura nº 5: Influência da do tipo de corrente elétrica na penetração e na concentração de calor.

Corrente contínua eletrodo positivo

Corrente contínua eletrodo negativo Corrente alternada

Com corrente contínua a polaridade direta ( eletrodo negativo ) é a recomendada apesar de não proporcionar ação de limpeza. Com este tipo de corrente a penetração é profunda e o desgaste do eletrodo é minimizado.

Aplica-se a soldagem da maioria dos metais, todos os tipos de aços, cobre e suas ligas, titânio ou seja, metais onde não é necessária a limpeza dos óxidos superficiais.

Na corrente reversa ( eletrodo positivo ) a ação de limpeza é eficiente mas o desgaste excessivo do eletrodo inviabiliza a aplicação deste tipo de corrente.

Na corrente alternada temos características intermediárias as anteriores. Este tipo de corrente por promover média penetração e ação de limpeza satisfatória é a indicada para a soldagem do alumínio e suas ligas e o magnésio e suas ligas, metais onde a limpeza dos óxidos superficiais é fundamental na realização da

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Soldagem TIG _ operação de soldagem. Sempre que é utilizado este tipo de corrente, o ignitor de alta freqüência permanece acionado durante toda a operação de soldagem para estabilizar o arco elétrico.

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6 -- Eletrodos para o PPrrocceesssso TIG

Os eletrodos para o processo TIG são varetas sinterizadas de tungstênio puro ou ligado ao tório ou zircônio, ambos na forma de óxidos.

O tungstênio possui alto ponto de fusão ( 3,392 ºC ) e evaporação ( 5,906 ºC ) e ótimas características de emissividade eletrônica. Estes eletrodos seguem a classificação AWS conforme tabela abaixo:

Tabela A

Composição Química ( % em peso ) Classificação

AWS Tungstênio Tória Zircônia Outros Cor de identificação

EWP 9,5 -- -- 0,5 Verde EWTh-1 98,5 0,8 a 1,2 -- 0,5 Amarelo EWTh-2 97,5 1,7 a 2,2 -- 0,5 Vermelho EWZr 9,2 -- 0,15 a 0,40 0,5 Marrom

Tabela A: Classificação dos eletrodos segundo a AWS.

A adição destes elementos tem a finalidade de aumentar a emissividade eletrônica, estabilidade de arco e durabilidade do eletrodo.

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A tabela B mostra os valores de corrente elétrica em função do tipo e diâmetro do eletrodo e tipo de corrente elétrica utilizada, onde pode - se notar o baixo nível de corrente suportado pelo eletrodo pelo desgaste do mesmo com corrente contínua polaridade reversa ( eletrodo positivo ).

Tabela B

Corrente contínua ( amper ) Corrente alternada ( amper ) Diâmetro do eletrodo

( m ) Direta Reversa EWP EWZr

0,26 até 15 -- até 15 até 15

0,51 5 - 20 -- 5 - 15 5 - 20 1,02 15 - 80 -- 10 - 60 15 - 80 1,59 70 - 150 10 - 20 50 - 100 70 - 150 2,38 150 - 250 15 - 30 100 - 160 140 - 235 3,18 250 - 400 24 - 40 150 - 210 225 - 325 3,97 400 - 500 40 - 5 200 - 275 300 - 400 4,76 500 - 750 5 - 80 250 - 350 400 - 500 6,35 750 - 1000 80 - 125 325 - 450 500 - 630

Tabela B: Valores de corrente em função do diâmetro do eletrodo e tipo de corrente elétrica.

O eletrodo de tungstênio puro é utilizado na soldagem com corrente alternada, sendo que o ligado ao zircônio suporta maior nível de corrente como mostrado na tabela. Com corrente contínua é recomendado a utilização do eletrodo ligado ao tório.

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Perfil da Ponta do Eletrodo

Na utilização de corrente contínua a ponta do eletrodo deve ser afiada conforme figura abaixo.

Figura nº 6: Perfil da ponta do eletrodo.

É importante que a afiação seja no sentido longitudinal ao eixo do eletrodo e bem uniforme para proporcionar um arco estável.

Alterando - se o ângulo da ponta do eletrodo obtém - se variação no perfil da penetração. Ângulos agudos concentram mais o arco aumentando a penetração e ângulos maiores diminuem a penetração aumentando a largura do cordão conforme mostrado na figura nº 7.

Figura nº 7: Influência do ângulo da ponta do eletrodo na penetração.

Na utilização de corrente alternada, a ponta do eletrodo deve tomar a forma de uma esfera. Quando a amperagem usada é adequada ao diâmetro do eletrodo,

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Soldagem TIG _ esta configuração é alcançada pela fusão da ponta do eletrodo abrindo - se o arco por alguns instantes.

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7 -- Metais de Adição

Os metais de adição para o processo TIG são fornecidas, para a soldagem manual, na forma de varetas com um metro de comprimento e em vários diâmetros sendo os de 1,6 a 6,4 m os mais comumente utilizados.

Para a soldagem automatizada o metal de adição são fornecidos em bobinas de arames que são alimentados por sistemas semelhantes aos do processo MI - MAG.

Existe uma grande variedade de metais de adição para o processo TIG tornando este aplicável a soldagem de praticamente todos os metais industrialmente utilizados ( aços ao carbono, inoxidáveis, alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas, magnésio e suas ligas, níquel, titânio, ferro fundido etc...).

Estes metais seguem a classificação AWS ( Sociedade Americana de Soldagem ) e são especificados pela composição química ou como no exemplo abaixo, onde é mostrada a especificação de varetas sólidas para a soldagem de aços carbono.

Exemplo: arame ER 70 S 3 , onde,

ER = indica que o arame pode ser usado como eletrodo e vareta. 70 = indica o limite de resistência a tração em 1.0 psi que neste caso seria de 70.0 psi ou 49,2 kgf/m. S = indica arame sólido. 3 = digito relativo a composição química.

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8 -- Variáveis do Proceso e Suas Influências

Corrente Elétrica ( amperagem )

A principal influência desta variável está no controle da penetração do cordão de solda. A figura n-º 8 mostra o aumento da penetração com o aumento da corrente para uma mesma velocidade de soldagem.

80 A140 A 180 A

Figura nº 8: Penetração de solda em função da corrente de soldagem.

Distância do Eletrodo à Peça

Esta variável controla a altura do arco elétrico. Quanto maior a distância do eletrodo à peça maior o altura e largura do arco elétrico. Com isto, maior área do metal base é aquecida resultando num cordão mais largo. A figura abaixo ilustra este fato.

Figura nº 9: Influência da distância eletrodo - peça no perfil do cordão de solda. Curso de Aperfeiçoamento

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Velocidade de Avanço ( Velocidade de Soldagem )

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