Processo De Soldagem Gmaw

CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS - UNILESTEMG

Processo de Soldagem GMAW

Prof. Reginaldo Pinto Barbosa

Processo GMAW • GMAW - Gas Metal Arc Welding • O arco elétrico é estabelecido entre a peça e um consumível na forma de arame. O arco funde continuamente o arame à medida que este é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera pelo fluxo de um gás (ou mistura de gases) inerte ou ativo. * A soldagem ao arco elétrico com gás de proteção (GMAW), também é conhecida como soldagem MIG/MAG: - MIG – Metal Inert Gas - MAG – Metal Active Gas

Processo GMAW Gás de proteção

Alimentador de arame

Gás de proteção

Bocal

Bico de contato Poça de fusão (metal liquido)

Solda

Tubo de gás de proteção

Cabo de controle

Fonte de energia Tocha com cabo

Conduíte (espiral) de arame

Cabo de corrente

Processo GMAW • A soldagem GMAW pode ser usada em materiais numa ampla faixa de espessuras, tanto em ferrosos como em não ferrosos. Materiais com espessura acima de 0,76 mm podem ser soldados praticamente em todas as posições.

• O diâmetro dos eletrodos usados varia entre 0,8 a 3,2 mm. • O processo MAG é utilizado apenas na soldagem de materiais ferrosos, enquanto a soldagem MIG pode ser usada tanto na soldagem de ferrosos quanto não ferrosos, como alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas ligas.

* A soldagem MIG/ MAG é usada em fabricação e manutenção de equipamentos e peças metálicas, na recuperação de peças desgastadas e no recobrimento de superfícies metálicas com materiais especiais.

Vantagens e limitações * A soldagem pode ser executada em todas as posições; * Não há necessidade de remoção de escória; * Alta taxa de deposição do metal de solda; * Tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se comparado ao eletrodo revestido; * Altas velocidades de soldagem; menos distorção das peças; * Não há perdas de pontas como no eletrodo revestido. * Maior custo de equipamento. * Maior necessidade de manutenção dos equipamentos. * Menor variedade de consumíveis.

Modos de transferência do metal *

Transferência por curto circuito * Utiliza arames de diâmetros na faixa de 0,8 a 1,2 mm, * Aplica-se pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas correntes de soldagem, sendo por isto um processo de energia relativamente baixa, * Seu uso é restrito para espessuras maiores. * Quando o arame toca a poça de fusão, a corrente começa a aumentar para uma corrente de curtocircuito. Quando esse valor alto de corrente é atingido, o metal é transferido. * Caracteriza-se por uma grande instabilidade do arco, podendo apresentar a formação intensa de respingos.

Modos de transferência do metal *

Transferência globular * Utiliza corrente e tensão de soldagem superiores ao máximo recomendado para o curto circuito. * O metal se transfere para a poça como glóbulos, cujo diâmetro médio varia com a corrente e usualmente as gotas de metal fundido têm diâmetro maior que o do próprio arame. * Os glóbulos se transferem para a poça sem muita direção e o aparecimento de respingos é relativamente elevado * As gotas se transferem principalmente pela ação da gravidade, o que limita seu uso à posição plana.

Modos de transferência do metal *

Transferência por spray • Ocorre com valores de corrente superiores à corrente de transição (corrente acima da qual ocorre a mudança do modo globular para spray). • Neste modo, as gotas de metal são extremamente pequenas e seu número bastante elevado. • Técnica de soldagem geralmente empregada para unir materiais de espessura 2,4 mm ou superiores. * Produz altas taxas de deposição e uma poça muito volumosa que limita o processo á posição plana.

Modos de transferência do metal *

Transferência por arco pulsante

* Ocorre pela pulsação da corrente de soldagem em dois patamares, um inferior à corrente de transição (conhecido como corrente de base), e outro superior a esta (corrente de pico). * No período de tempo em que a corrente é baixa, uma gota se forma e cresce na ponta do eletrodo e é transferida quando o valor da corrente é elevado. * É transferido uma gota a cada pulso de corrente alta e a freqüência fica entre 60 a 120 pulos por segundo. * A corrente média mais baixa permite soldar peças de pequena espessura com transferência em spray usando maiores diâmetros de arame que nos outros modos. * Pode ser empregada na soldagem fora de posição de peças de grandes espessuras.

Modos de transferência do metal *

Transferência por arco pulsante

Equipamentos

* Constituem basicamente da tocha de soldagem e acessórios, fonte de energia e sistema de alimentação do arame.

Equipamento *

Tochas de soldagem e acessórios

• 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 fabricado de cobre e é utilizado para conduzir a energia de soldagem até o arame bem como dirigir o arame até a peça. Seu diâmetro interno é ligeiramente superior ao diâmetro do arameeletrodo. * 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.

Equipamento *

Tochas de soldagem e acessórios

Equipamento *

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.

Equipamento *

Fonte de soldagem

• Para garantia da estabilidade do processo: velocidade de consumo (de fusão) do eletrodo ≅ à velocidade de alimentação deste. • Na soldagem GMAW, existem duas formas de se conseguir este objetivo: • permitir que o equipamento controle a velocidade de alimentação de modo a igualá-la à velocidade de fusão; • manter a velocidade de alimentação constante e permitir variações nos parâmetros de soldagem de modo a manter a velocidade de consumo, aproximadamente constante e, em média, igual à velocidade de alimentação.

Equipamento *

Fonte de soldagem

• No primeiro caso trabalha-se com uma fonte do tipo corrente constante. • Trabalha-se com velocidade de fusão (Vf) aproximadamente constante, com um alimentador de arame com velocidade de alimentação (Va) variável, controlada pelo equipamento, de forma a manter o comprimento do arco estável. • Este controle é feito pela comparação da tensão do arco, a cada instante, com um valor de referência, e pela alteração da velocidade de alimentação do arame de forma a compensar diferenças observadas entre a tensão real no arco e a tensão de referência.

U

I

Tensão de referência (UR) Tensão de soldagem (U1) e corrente de soldagem (I1)

U1 > UR ⇒ Vf maior, logo, Va aumenta. Logo, comprimento do arco é restabelecido.

Equipamento *

Fonte de soldagem U

• No segundo caso utiliza-se uma fonte do tipo tensão constante e um alimentador de arame com velocidade de alimentação constante. • Variações no comprimento do arco, sempre acompanhadas de variações na tensão deste, tendem a causar grandes variações na corrente de soldagem de forma que, se em um dado instante o arco tornar-se maior que o valor de equilíbrio, a corrente de soldagem será reduzida, de modo que a velocidade de consumo cai.

I

Tensão de soldagem (U1) e corrente de soldagem (I1) Tensão de soldagem (U2) e corrente de soldagem (I2)

U1 > U2 ⇒ I1 < I2 , logo, Vf diminui. Logo, comprimento do arco é restabelecido

Arames para soldagem • Um dos mais importantes fatores a considerar na soldagem MIG/MAG é a seleção correta do arame de solda. • Basicamente existem cinco fatores principais que influenciam a escolha do arame para a soldagem MIG/MAG: • a composição química do metal de base; • as propriedades mecânicas do metal de base; • o gás de proteção empregado; • o tipo de serviço ou os requisitos da especificação aplicável; • o tipo de projeto de junta. • Arames de aço carbono geralmente recebem uma camada superficial de cobre com o objetivo de melhorar seu acabamento superficial e seu contato elétrico com o bico de cobre. • Os arames de aço usados na soldagem MAG contêm maiores teores de Si e Mn em sua composição devido à sua ação desoxidante.

Arames para soldagem • Os diâmetros de arames comumente utilizados no processo GMAW variam de 0,8 a 1,6 mm. Contudo, arames mais finos (0,5 mm) ou mais grossos (3,2 mm) podem ser utilizados. • Em geral, quando menor o diâmetro do arame, maior o preço por quilo do arame.

Arames para soldagem

Gases de proteção • O ar atmosférico é expulso da região de soldagem por um gás de proteção com o objetivo de evitar a contaminação da poça de fusão. • O oxigênio em excesso no aço combina-se com o carbono e forma o monóxido de carbono (CO), que pode ser aprisionado no metal, causando porosidade. Além disso, o oxigênio em excesso pode se combinar com outros elementos no aço e formar compostos que produzem inclusões no metal de solda. • O nitrogênio no aço solidificado reduz a ductilidade e a tenacidade da solda e pode causar fissuração. Em grandes quantidades o nitrogênio pode causar também porosidade. • Os gases de proteção utilizados em soldagem MIG MAG podem ser inertes, ativos ou misturas destes dois tipos. • Os gases inertes puros são utilizados principalmente na soldagem de metais não ferrosos, principalmente os mais reativos como Alumínio, Titânio e Magnésio.

Gases 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.

Gases de proteção

Comportamento da atmosfera ativa na soldagem MAG • Na elevada temperatura do arco, o CO2 se decompõe em monóxido de Carbono (CO) e Oxigênio (O2). CO2 → CO + ½ O2 • O O2 livre oxida o ferro do metal de base dando FeO. Fe + ½ O2 → FeO • O FeO reage com o carbono da poça de fusão liberando monóxido de carbono (gás). FeO + C → Fe + CO. • Pode ocorrer que não haja tempo para a saída do monóxido de carbono (CO), da poça de fusão, o que pode vir a provocar porosidades no cordão de solda. • Em temperaturas mais baixas, parte deste CO se decompõe em Carbono e Oxigênio.

Comportamento da atmosfera ativa na soldagem MAG • O problema é resolvido mediante a adição de elementos desoxidantes nos arames para soldage com CO2 tal como o manganês e o silício. • O manganês reage com o óxido de ferro, dando origem ao óxido de manganês, o qual, não sendo gás, vai para a escória. FeO + Mn → Fe + MnO • O manganês, porém, deve ser adicionado em quantidade compatível com o FeO formado. • Manganês em excesso fará com que parte dele se incorpore à solda, implicando em maior dureza da zona fundida da solda e, portanto, em maior probabilidade de ocorrência de trincas.

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. • 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.

Variáveis operacionais • 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. • A escolha da corrente de soldagem é feita em função da espessura das peças a unir, do diâmetro do eletrodo e das características desejadas para o cordão de solda. • A tensão de soldagem afeta o modo de transferência de metal e a geometria do cordão de solda. As tensões de soldagem são normalmente empregadas na faixa de 15 a 32 V . • A tensão de soldagem deve ser determinada ou otimizada de acordo com a corrente de soldagem e o gás de proteção para cada passe de soldagem em particular.

Variáveis operacionais • O stickout é definido como a distância entre a extremidade do bico de contato da tocha de soldagem até a extremidade do arame em contato com o arco elétrico. • Quanto maior for esta distância, maior será o aquecimento do arame por efeito joule e, portanto, menor a corrente necessária para fundir o arame, mantida constante a velocidade de alimentação ou, inversamente, para uma mesma corrente de soldagem, maior a taxa de deposição. • A vazão de gás protetor deve ser tal que proporcione boas condições de proteção. Em geral, quando maior a corrente de soldagem, maior a área da poça de fusão e, portanto, maior a área a proteger e maior a vazão necessária. • Vazões reduzidas podem levar ao aparecimento de porosidades e outros problemas associados à falta de proteção. • A velocidade de soldagem influencia na energia de soldagem e, portanto, na quantidade de calor cedida à peça.