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Processos de Soldagem
Soldagem MIG/MAG
No Processo de Soldagem MIG/MAG (Gas Metal Arc Welding – GMAW) é
estabelecido um arco elétrico entre um eletrodo consumível nu alimentado continuamente (arame-eletrodo) e o metal de base, sob a proteção constante de uma atmosfera gasosa (gás de proteção). A atmosfera gasosa pode ser de gás inerte, ativo ou uma mistura dos dois. A representação do processo MIG/MAG é apresentada esquematicamente na figura 1.
Figura 1: Representação esquemática do Processo MIG/MAG.
O metal de adição (arame - eletrodo nu), ao se fundir, é transferido à poça na forma de gotas. As características da transferência quanto à
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forma, quantidade e dimensões das gotas, permitem classificá-las em três tipos: transferência por spray, globular ou curto-circuito.
O gás empregado é injetado durante toda a soldagem, numa vazão pré- regulada, através do bocal da pistola ou tocha de solda. O gás empregado desempenha o papel principal de proteger o metal líquido da poça de fusão e as gotas fundidas do metal de adição contra a contaminação pelo ar atmosférico.
O processo de soldagem MIG/MAG, pode ser semiautomático ou automático. No processo semiautomático o arame-eletrodo é alimentado automaticamente através de uma pistola. O soldador controla a inclinação da pistola conforme os ângulos de trabalho e de deslocamento, o comprimento do arco, a velocidade de deslocamento e a técnica de deposição. No processo automático toda a operação é controlada através de comandos ajustados pelo operador de soldagem.
O processo de soldagem MIG/MAG pode ser empregado tanto para uniões quanto para aplicação de revestimento superficial.
Processo de Transferência
Os fatores que influenciam na transferência do metal depositado para a poça de fusão são:
- Gás de proteção;
- Intensidade e tipo de corrente;
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Estes gases são apenas alguns exemplos de misturas mais usuais. É importante notar que as mesmas são ricas em Argônio, daí ser possível à obtenção do spray.
Exemplos de gases ou misturas utilizados para obtenção da transferência por curto-circuito e globular são apresentados a seguir:
- CO 2
- CO 2 + 5 a 10% de O (^2)
- Argônio + 15 a 30% de CO (^2)
- Argônio + 5 a 15% de O (^2)
- Argônio + 25 a 30% de N (^2)
Vantagens do Processo
As principais vantagens da soldagem pelo processo MIG/ MAG são:
- O processo supera a restrição de eletrodo com comprimento limitado encontrada no processo de soldagem com eletrodo revestido;
- A soldagem pode ser feita em qualquer posição, o que não ocorre com o processo de soldagem a arco submerso;
- As taxas de deposição são significativamente maiores que as obtidas no processo de soldagem com eletrodo revestido;
- A velocidade de soldagem é maior do que a obtida com o processo de soldagem com eletrodo revestido, por causa da contínua alimentação do arame-eletrodo e da maior taxa de deposição;
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- Devido à alimentação contínua do arame, longos cordões de solda podem ser depositados sem paradas e reinícios;
- Quando a transferência em spray for utilizada é possível obter maior penetração comparativamente com o processo de soldagem com eletrodo revestido, o que pode permitir o uso de filetes de solda com menor dimensão para obtenção da mesma resistência;
- Uma mínima limpeza após a soldagem é requerida devido à ausência de escória espessa.
Equipamento de Soldagem
O equipamento para soldagem com o processo MIG/MAG consiste de:
- Pistola / tocha de soldagem;
- Cabeçote de alimentação do arame;
- Painel de controle;
- Fonte de energia;
- Fonte de suprimento regulada de gás de proteção;
- Bobina de arame-eletrodo;
- Cabos e mangueiras;
- Sistema de refrigeração (para tochas refrigeradas a água).
A pistola contém um tubo de contato para transmitir a corrente de soldagem para o eletrodo e um bocal de gás para direcionar o gás de proteção às redondezas do arco e da poça de fusão. O alimentador de
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Figura 3: Equipamento para soldagem pelo processo MIG/MAG.
O escoamento do gás de proteção é regulado pelo fluxímetro e pelo regulador-redutor de pressão. Estes possibilitam fornecimento constante de gás para o bico da pistola a uma vazão pré-ajustada.
A operação de soldagem se inicia quando a ponta do arame mantém contato com a peça e é acionado o gatilho de ignição da pistola. Nesse instante, três eventos ocorrem: (a) o arame é energizado; (b) o arame avança; (c) o gás flui, devido à abertura da válvula solenoide do equipamento. Pode-se, então, iniciar o deslocamento da pistola para a soldagem.
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A maioria das aplicações da soldagem MIG/MAG requer energia com corrente contínua e polaridade inversa. Nesta situação tem-se um arco mais estável, transferência estável, salpico baixo, e cordão de solda de boas características. Corrente contínua de polaridade direta não é usada frequentemente e corrente alternada nunca é utilizada para este processo.
Observação:
Alguns autores utilizam como critério para classificação do processo MIG/MAG, a obtenção ou não da transferência em spray a qual, como vimos anteriormente, está associada diretamente ao gás empregado. Assim, é denominado Processo MIG aquele no qual pode-se realizar a soldagem com os três tipos de transferências: spray, globular e curto- circuito. Enquanto que o processo é denominado MAG nos casos em que soldamos apenas com as transferências dos tipos globular e curto circuito. A AWS, no entanto, engloba os processos MIG/MAG, sem fazer
distinção, numa denominação única como processo “Gas Metal Arc
Welding” (GMAW).
Tipos de Transferência do Metal de Adição
Os três tipos básicos de transferência de metal de adição (spray, globular e curto-circuito) são de fundamental importância para
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Como ocorre uma violenta separação da gota de metal no momento da sua transferência, isso acaba provocando um nível excessivo de respingos de solda. No caso de transferência por curto-circuito, a taxa de deposição é a menor entre os três tipos de transferência.
O gás de proteção influencia nas características operacionais do arco e na penetração da solda. O gás CO 2 geralmente produz muitos respingos se comparado a um gás inerte (por exemplo o Argônio), mas o CO (^2) promove grande penetração. Para obter um equilíbrio adequado entre incidência de respingos e penetração, misturas de Argônio e CO 2 são frequentemente usadas na soldagem de aços carbono e aços de baixa liga.
Globular
A transferência do tipo globular acontece quando se utiliza corrente do tipo (CC+) com valor relativamente baixo. Esse tipo de transferência é caracterizada pela formação de gotas com diâmetro superior ao do eletrodo, que facilmente se desprendem pela ação da gravidade, o que limita essa transferência somente para aplicação na posição plana. Nesse caso, o arco de soldagem deve ser suficientemente longo para permitir o desprendimento das gotas antes que estas encostem na poça de fusão. No entanto, soldas feitas usando alta voltagem e elevado
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comprimento de arco, são frequentemente inaceitáveis por resultar em penetração insuficiente, falta de fusão e reforço excessivo. Essas ocorrências limitam o uso da transferência globular em soldagens de produção.
A figura 5 apresenta a representação esquemática da transferência globular. Nela, pode-se observar a formação da gota (A) e o seu desprendimento para a formação da poça de fusão (B).
Figura 5: Representação esquemática da transferência globular.
Spray
A transferência tipo Spray é produzida com gás de proteção rico em Argônio e é possível produzir um spray axial muito estável e sem respingos conforme ilustrado na Figura 6. Isso requer o uso de (CC+)
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Pelo fato do spray ocorrer na condição de elevada intensidade de corrente, a força do arco resultante poderá cortar peças de espessuras muito finas, ao invés de soldá-las. Por isso, o uso do spray somente se aplica acima de determinada espessura.
Por outro lado, a alta taxa de deposição característica do spray, produz um volume de poça de fusão acima do que pode ser suportado para soldagem nas posições verticais e sobre-cabeça, o que na prática restringe o uso do spray somente para a posição de soldagem plana.
As limitações do spray quanto à espessura mínima e posição de soldagem têm sido superadas com emprego de fontes de energia especiais, denominadas fontes a arco pulsado (figura 7).
Figura 7: Característica da corrente de soldagem do arco spray pulsado.
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As fontes de arco pulsado produzem dois níveis de corrente: uma constante (corrente de fundo), que sustenta o arco sem prover energia suficiente para formar gota na ponta do arame; e outra corrente, correspondente a um pico de corrente com amplitude maior que a corrente de transição necessária para a transferência em spray.
A maior parte da soldagem MIG/MAG por spray é feita na posição plana. As soldagens MIG/MAG por arco pulsante e por transferência por curto circuito são adequadas para soldagem em todas as posições. Quando a soldagem é feita na posição sobre-cabeça, são usados eletrodos de diâmetros pequenos com o método de transferência por curto circuito. A transferência por spray pode ser usada com corrente contínua pulsada.
Tipos e Funções dos Consumíveis no Processo MIG/MAG
Gás de Proteção
A finalidade principal do gás de proteção na soldagem MIG/MAG é a de excluir a atmosfera do contato com o metal de solda fundido. Isso é necessário porque a maioria dos metais, quando aquecidos aos seus pontos de fusão e em contato com o ar, apresentam fortes tendências de formar óxidos e, numa menor extensão, nitretos. Essas reações são
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Por outro lado, argônio puro não é recomendável para soldagem de metais ferrosos (aços carbono, aços baixa liga, etc.) porque o arco elétrico é errático e existem tendências à formação de mordeduras e ângulo excessivo de reforço do cordão de solda.
São ainda utilizadas misturas com 1 a 5 % de oxigênio e 3 a 25 % de CO 2. Misturas tríplices com 2% de oxigênio e 8 a 10 % de CO (^2) apresentam em geral ótimos resultados.
Nota
Os principais efeitos da adição do oxigênio ao argônio são: aumento da fluidez da poça de fusão, penetração, estabilidade do arco e redução da corrente de transição. Além disso, diminui a tendência a mordeduras.
Adições de CO 2 ao argônio melhora a estabilidade do arco, reduz drasticamente a formação de mordeduras, melhora o formato do cordão e o perfil de penetração, eliminando o formato indesejável do tipo taça que é característico do uso do argônio puro.
O gás CO 2 é um gás reativo muito utilizado na sua forma pura como gás de proteção na soldagem dos aços carbono e baixa liga. Elevadas velocidades de soldagem, grande penetração da junta e baixo custo são características que encorajam extensivamente o uso deste gás. Com o
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CO 2 as transferências metálicas são dos tipos globular e curto-circuito. Devido à natureza oxidante do arco produzido com o CO 2 as propriedades mecânicas da solda poderão ser afetadas, o que é contornado com o emprego de arame-eletrodo com formulação específica, contendo elementos químicos desoxidantes.
A figura 8 apresenta um exemplo do efeito de diferentes gases de proteção no formato do cordão de solda e na penetração.
Figura 8: Efeito do gás de proteção no formato do cordão de solda e na penetração.
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raciocínio sobre os fenômenos envolvidos, tomemos como exemplo, a injeção do dióxido de carbono (CO 2 ) mostrada na figura 9.
Figura 9: Injeção de gás ativo, dióxido de carbono (CO 2 ).
O dióxido de carbono no gás de proteção se dissocia em monóxido de carbono e oxigênio (CO 2 Æ CO + 1/2 O 2 ), propiciando a formação do monóxido de ferro (FeO): Fe + 1/2 O 2 Æ FeO. O monóxido de ferro (FeO), por sua vez, difunde-se e dissolve-se na poça de fusão mediante a seguinte reação:
FeO + C Æ Fe + CO ↑
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Com o resfriamento do cordão de solda, pode não haver tempo suficiente para o desprendimento, a partir da poça de fusão, do monóxido de carbono (CO). Nessa situação, haverá a formação de poro e / ou porosidade no metal de solda.
O problema é resolvido mediante a adição de elementos desoxidantes tal como, o manganês. O manganês reage com o óxido de ferro, dando origem ao óxido de manganês (MnO) o qual, não sendo gás, vai para a escória (FeO + Mn Æ MnO). O manganês, porém, deve ser adicionado somente em quantidade compatível com o FeO formado. Manganês em excesso fará com que parte dele se incorpore à solda, implicando em maior dureza do metal de solda e, portanto, em maior probabilidade de ocorrência de trincas. Em síntese ocorrem as seguintes reações:
Na atmosfera ativa:
CO 2 Æ CO + 1/2 O (^2) Fe + 1/2 O 2 Æ FeO
Quando da transformação líquido/sólido:
FeO + C Æ Fe + CO ↑
