Figura n-º 1: arco elétrico utilizando o argônio como gás de ionização.

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2 1 - FUNDAMENTOS DO PROCESSO 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 n-º 1. Figura n-º 1: arco elétrico utilizando o argônio como gás de ionização. 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). 2 - O PROCESSO MIG/MAG. O processo MIG/MAG é considerado um processo semi-automático de soldagem, pois utiliza como metal de adição o arame eletrodo de alimentação contínua, onde o soldador deve apenas controlar a velocidade de avanço durante as operações de soldagem, mantendo-se constante a distância do bico de contato a peça. Além do arame, são utilizados gases inertes ou ativos para proteger a região de solda. A figura número 2 ilustra o processo e a número 3 os equipamentos utilizados. 2

3 Figura n-º 2: esquema do processo MIG/MAG. Figura n-º 3: equipamentos utilizados no processo MIG/MAG.. Neste processo, a fonte de energia fornece tensão (voltagem) constante e corrente (amperagem) contínua. O ajuste da amperagem é feito variando-se a velocidade de alimentação do arame. Quanto maior esta velocidade, maior a corrente que a fonte fornece para fundir o arame eletrodo. O ajuste da tensão é feito na fonte, e esta variável é que vai fornecer a energia necessária para gerar uma quantidade de corrente compatível com a velocidade de arame selecionada. Para uma tensão de trabalho definida, existe uma velocidade de arame que torna o arco e a transferência metálica mais estáveis com pouca geração de respingos. No processo MIG/MAG trabalha-se com polaridade reversa, isto é, o arame eletrodo ligado na polaridade positiva e a peça-obra ligada na polaridade negativa. 3

4 3 - FONTES DE ENERGIA NO PROCESSO MIG/MAG. Atualmente existem dois tipos básicos de fonte de soldagem para o processo MIG/MAG: as fontes convencionais e as fontes pulsadas. As fontes convencionais fornecem corrente continua cujo valor é praticamente constante no decorrer do tempo. Sua principal característica é a auto regulagem do arco elétrico com a variação da distância do bico de contato a peça, como mostra a figura n-º 4. Figura n-º 4: auto regulagem das fontes convencionais. A reta em vermelho mostra a faixa de trabalho da fonte e a azul a do arco elétrico, que depende do gás de proteção utilizado. No ponto b temos uma corrente Ib e uma tensão Vb. Se o soldador aumentar a distância bico - peça, a resistência elétrica aumenta pelo aumento do comprimento do arame após o bico de contato. Isto faz com que a corrente caia para o valor Ia e automaticamente a tesão passa para o valor Va, mantendo o arco estável. De outro modo, com a aproximação do bico a corrente passa para o valor Ic pela queda da resistência elétrica e a tensão diminui para Vc. Logicamente estas variações tem limitação pois os novos pontos estão se distanciando da reta de trabalho do arco elétrico e dependendo da intensidade desta variação o arco não ficara estável. As fontes pulsadas fornecem corrente contínua mas sua intensidade varia no decorrer do tempo como mostra a figura n-º5. Figura n-º 5: variação da corrente de soldagem em função do tempo. 4

5 Nestas fontes temos dois níveis de corrente: Ip que é a corrente de pico e Ib que é a corrente base. Estas correntes atuam nos tempos tp e tb respectivamente. A transferência metálica é feita em spray e a gota é transferida nos picos de corrente Ip. Deste modo, o arco elétrico permanece sempre acesso num nível médio de energia (corrente média Im). Estas fontes propiciam soldas de alta qualidade mecânica e ótimo acabamento, sendo indicadas para soldagem do alumínio, aços inoxidáveis e aços ao carbono onde a responsabilidade da estrutura a ser soldada e muito alta, como na soldagem de vasos de pressão. 4 - GASES DE PROTEÇÃO Os gases de proteção utilizados no processo MIG/MAG tem a função de proteger a poça de fusão dos contaminantes do ar atmosféricos e proporcionar a estabilidade do arco elétrico. Quando se utiliza gases inertes o processo denomina-se processo mig ( metal inerte gás ). Os gases inertes mais utilizados são: argônio (Ar), hélio (He) ou misturas dos dois. Quando se utiliza gases ativos o processo denomina-se processo mag ( metal ativo gás ). Os gases ativos mais utilizados são: dióxido de carbono ( CO2 ), mistura de argônio com dióxido de carbono, argônio com oxigênio (O2) e misturas de argônio com dióxido de carbono e oxigênio. Quando se utiliza gases ativos como a mistura #C25 (75% de Ar e 25% de dióxido de carbono), na soldagem dos aços carbono as seguintes reações ocorrem: 1 - Ar + CO2 CO + ½O2 + Ar 2 - Fe (aço) + ½O2 FeO 3 - FeO + C (aço) Fe + CO O gás CO produz poros no cordão de solda. Para que isto não ocorra, são adicionados elementos desoxidantes ao arame, como o silício e o manganês, não ocorrendo a reação n-º3 mas sim as reações abaixo: 4 - FeO + Mn MnO + Fe MnO + SiO2 MnSiO3 (silicato de manganês) 2FeO + Si SiO2 + 2Fe O silicato de manganês formado possui ponto de fusão e densidade inferior ao metal de solda, permanecendo na superfície do cordão de solda. Em soldagem multipasse não é necessário, na maioria das vezes, retirar esta escória formada dos cordões anteriores. Os gases de proteção influenciam: - Penetração. O CO2 puro ou mistura como o #C25 proporcionam maior penetração que misturas ricas em argônio, em transferência por curto circuito. Já em transferência tipo spray, devido ao alto nível de energia do arco elétrico, as misturas ricas em argônio produzem penetrações elevadas. 5

6 - Quantidade de respingos. Os respingos com misturas a base de argônio são menores e em quantidade inferior quando comparados ao CO2. Quando se utiliza misturas ricas em argônio (85% ou mais de argônio) e em transferência em spray, a quantidade de respingos é desprezível. - Acabamento. Para baixo nível de energia, o acabamento dos cordões de solda é semelhante. Já para correntes elevadas, as misturas a base de argônio produzem melhor acabamento em relação ao CO2. - Queima de elementos de liga. A queima de elementos de liga depende do nível de corrente da operação de soldagem. Para um mesmo nível de amperagem quanto maior a porcentagem de argônio menor a queima de elementos de liga. - Velocidade de soldagem. Quanto menor o teor de CO2 maior a velocidade de soldagem (produtividade). A adição de oxigênio (5% no máximo) ao argônio puro, resulta em misturas de altíssima produtividade. - Tipo de transferência metálica. Mais adiante nesta apostila detalharemos este item. 5 - ARAMES PARA A SOLDAGEM MIG/MAG. Os arames para a soldagem MIG/MAG são sólidos e com diâmetro de 0,6 a 1,6 mm. Com o mesmo equipamento usado na soldagem MIG/MAG, pode-se utilizar arames tubulares com diâmetro de até 2,4 mm. Estes arames possuem em seu interior um fluxo semelhante ao utilizados em eletrodos revestidos. Esta característica tem como objetivo aumentar a produtividade e produzir metais de solda com propriedades físico-químicas bem específicas, ampliando o campo de aplicação dos equipamentos do processo.. Atualmente existe uma gama muito grande de tipos de arame para o processo, que seguem especificações como as ditadas pela AWS ( Sociedade Americana de Soldagem ), uma das mais utilizadas. Mundialmente encontra-se arames para a soldagem dos seguintes materiais: aços ao carbono, aços baixa liga, aços inoxidáveis, ferro fundido, cobre e suas ligas, alumínio e suas ligas, níquel e suas ligas, titânio e suas ligas e soldagem de revestimento (para o processo com arame tubular). Os arames são especificados pela sua composição química ou como no exemplo abaixo, onde é mostrado a especificação de arames sólidos destinados a soldagem de aços carbono. 6

7 Exemplo: arame ER 70 S 6, onde, ER = indica que o arame pode ser usado como eletrodo e vareta. 70 = indica o limite de resistência a tração em psi que neste caso seria de psi ou 49,2 kgf/mm. S = indica arame sólido. 6 = digito relativo a composição química. Os principais consumíveis utilizados na soldagem MIG/MAG, são o arame-eletrodo e os gases de proteção. Os arames para soldagem são constituídos de metais ou ligas metálicas que possuem composição química, dureza, condições superficiais e dimensões bem controladas. Arames de má qualidade em termos destas propriedades citadas, podem produzir falhas de alimentação, instabilidade do arco e descontinuidades no cordão de solda. 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 com proteção de CO 2 contém maiores teores de Silício e Manganês em sua composição, devido a sua ação desoxidante. A seleção do arame a ser utilizado em uma dada operação, é feita em termos da composição química do metal de base, do gás de proteção a ser usado e da composição química e propriedades mecânicas desejadas para a solda. A tabela 2 relaciona as especificações AWS de arames para soldagem MIG/MAG. Tabela 2 - Especificações AWS de Materiais de Adição para MIG/MAG ESPECIFICAÇÃO MATERIAIS AWS - A 5.7 Cobre e suas ligas AWS - A 5.9 Aço inox e aços com alto Cr AWS - A 5.10 Alumínio e suas ligas AWS - A 5.14 Níquel e suas ligas AWS - A5.15 Ferros Fundidos AWS - A 5.16 Titânio e suas ligas AWS - A 5.18 Aço Carbono e baixa liga AWS - A 5.19 Magnésio e suas ligas AWS - A5.28 Aços Baixa Liga A interpretação da especificação para arames utilizados na soldagem de aços ao Carbono e Baixa Liga é apresentada na figura 4 Figura 4 - Especificação AWS para consumíveis para MIG/MAG 7

8 Tabela 3 - Materiais de Adição para MIG/MAG - Aço Carbono ER 70 S-2 Eletrodo com múltiplos desoxidantes: Al, Zr, Ti + Mn, Si. Adequado para aços efervescentes, aços acalmados ou semi-acalmados. Possível soldar chapas com superfícies oxidadas. Gases: Ar + Oxigênio, CO 2 ou /Ar + CO 2 ER 70 S-3 Usados para soldas de passe único, bem como em passes múltiplos. Gases: Ar + CO 2 e CO 2 Altas amperagens + CO 2 são contra indicadas, devido a alta oxidação dos elementos de liga Mn e Si, com conseqüente redução das propriedades mecânicas. ER 70 S-4 Semelhante ao ER 70 S-3, porém com Si e Mn mais altos, o que aumenta a resistência mecânica e melhora a desoxidação. ER 70 S-5 Desoxidação ao Al, Mn e Si. Pode soldar chapas oxidadas. Não garante as exigências de impacto. ER 70 S-6 Maiores teores de Si e Mn. Melhores propriedades mecânicas. Pode ser usado com CO 2 ou misturas. Ótima desoxidação. ER 70 S-7 Maiores teores de Mn e menores teores de Si, quando comparado ao ER 70 S-6. Maiores resistências mecânicas. Adequado ao CO 2, misturas ER 70 S-G Análise acordada entre fornecedor e usuário. Não há exigência de impacto. Demais propriedades devem ser atendidas dentro da norma. Tabela 4 - Características dos Materiais de Adição para MIG/MAG CARACTERÍSTICAS Isento de depressões Acabamento superficial Isento de riscos Isento de oxidação Isento de lubrificantes Resistência mecânica do Mole ou Macio arame Muito duro Soldas Bobinamento Dobras Ondas Fora do especificado Cast e Hélix Efeitos na Soldagem Acúmulo de resíduos no conduíte e bico de contato Danos ao bico de contato Dobramento junto aos roletes de alimentação Desgaste do bico de contato Dificuldade de alimentação, soldas irregulares Danos ao bico de contato Oscilação do arame na poça de fusão; cordões irregulares; solda não retilínea; consumo excessivo do bico de contato. 8

9 6 - TRANSFERÊNCIA METÁLICA NO PROCESSO MIG/MAG. Existem três tipos básicos de transferência metálica neste processo, que dependem do tipo de gás de proteção utilizado, nível de energia (corrente/tensão), diâmetro e tipo do arame de adição e tipo de metal base. - Transferência por curto circuito. Transferência alcançada com qualquer tipo de gás de proteção a um baixo nível de corrente/tensão. A ponta do arame vai se fundindo pela ação do arco elétrico e aumenta de tamanho até atingir a peça, onde o arco se extingue. A gota então é destacada e transferida a peça pela ação de forças eletromagnéticas e o efeito pinch que estrangula a ponta do arame. Neste momento ocorre a reignição do arco elétrico onde a corrente atinge o valor de corrente de curto circuito gerando os respingos. A figura n-º6 ilustra o processo de transferência por curto circuito. Figura n-º6: transferência por curto circuito. Este tipo de transferência permite a soldagem em todas as posições e possui uma energia relativamente baixa, restringindo o seu uso para grandes espessuras. A utilização de misturas a base de argônio proporciona boa estabilidade de arco e gotas pequenas minimizando a projeção de respingos. - Transferência globular. Tipo de transferência obtida com nível de energia maior que no caso anterior. Misturas a base de argônio com menos de 15% de CO2 possuem uma pequena faixa de trabalho em regime globular, passando para spray com o aumento da energia de soldagem. Já, misturas com mais de 15% de CO2 ou CO2 puro não entram em spray, permanecendo em regime globular com o aumento da energia de soldagem. Nesta transferência, o metal se projeta por gotas de diâmetro bem maior que o diâmetro do arame, principalmente quando se utiliza o gás CO2 como gás de proteção. Com isto, temos uma geração excessiva de respingos. A figura n-º 7 mostra o processo de transferência globular. 9

10 Figura n-º 7: transferência globular. Com este tipo de transferência pode-se trabalhar somente na posição plana devido ao grande volume da gota e a alta fluidez da poça de fusão como mostra a figura a seguir. Figura n-º 8: transferência globular fora de posição. - Transferência em spray. Tipo de transferência que também necessita de alta energia de soldagem. O metal é transferido por pequenas gotículas que são arremessadas a peça por forças eletromagnéticas muita fortes. Apesar da intensidade destas forças, só se pode utilizar este tipo de transferência na posição plana e em alguns casos na horizontal, pois a poça de fusão é muito fluida devido a alta energia envolvida no processo. A transferência em spray não é alcançada quando se utiliza o CO2 puro ou misturas com mais de 15% de CO2 como gás de proteção. Utilizando-se então misturas a base de argônio com menos de 15% de CO2 ou misturas de argônio com oxigênio, obtém-se a transferência em spray que proporciona alta taxa de deposição (produtividade), grande penetração com pouquíssima geração de respingos, já que o arco elétrico não apaga. A figura n-º 9 ilustra o processo. Figura n-º 9: transferência em spray - o arco não extingue pois o arame não toca a peça. Obs: A utilização de fontes pulsadas permite a soldagem fora de posição com este tipo de transferência. 7 - VARIÁVEIS DO PROCESSO E SUAS INFLUÊNCIAS. - Corrente elétrica (amperagem): 10

11 Esta variável é controlada pela velocidade do arame. Um aumento na velocidade do arame, implica em maior quantidade de eletrodo a ser fundido. Maior quantidade de corrente de soldagem é automaticamente fornecida pela fonte e vice-versa. A principal influência desta variável está no controle da penetração de solda. A figura 10 mostra o aumento da penetração com o aumento da corrente (amperagem) ou seja, da velocidade do arame para um mesmo valor de tensão (voltagem). Figura n-º 10: influência da corrente de soldagem na penetração de solda. 11

12 Por esta figura observa-se também a influência da velocidade do arame no perfil do cordão de solda. EFEITO DA DISTÂNCIA - BICO PEÇA EFEITO DA DISTÂNCIA - BICO PEÇA (ALTURA NA DEPOSIÇÃO) a l t u r a m/m ,5 3 3,5 4 Kg/hora 12

13 LARGURA DO CORDÃO CONDIÇÕES DE SOLDAGEM VS. LARGURA DO CORDÃO VELOCIDA DE AVANÇO (MM/MINUTO) TENSÃO DE ARCO (VOLTS) LARGURA DO CORDÃO CORRENTE DE SOLDAGEM (AMPERES) AUMENTO 150 DA LARGURA DO CORDÃO 100 EFEITO DA VELOCIDADE DE AVANÇO, TENSÃO DE ARCO E CORRENTE DE SOLDAGEM SOBRE A 50 LARGURA DO CORDÃO 0 13

14 PENETRAÇÃO CONDIÇÕES DE SOLDAGEM VS. PENETRAÇÃO VELOCIDA DE AVANÇO (MM/MINUTO) PENETRAÇÃO TENSÃO DE ARCO (VOLTS) CORRENTE DE SOLDAGEM (AMPERES) AUMENTO DA PENETRAÇÃO EFEITO DA VELOCIDADE DE AVANÇO, TENSÃO DE ARCO E CORRENTE DE SOLDAGEM SOBRE A PENETRAÇÃO DO CORDÃO 14

15 - Tensão (voltagem): Esta variável controla o tamanho do arco elétrico. Um aumento da voltagem provoca um acréscimo na altura e no diâmetro do cone do arco, como mostra a figura abaixo. Figura n-º 11: influência da tensão no arco elétrico. Com o aumento do arco elétrico, uma maior área do metal de solda é aquecida resultando num cordão mais largo e mais baixo pelo aumento da fluidez da poça de fusão. A figura abaixo ilustra este fato. Figura n-º 12: influência da tensão no perfil do cordão de solda. - Velocidade de avanço ( velocidade de soldagem ): Esta variável também influencia a penetração de solda. Para uma velocidade muito alta de soldagem, o arco não permanece tempo suficiente na região de solda para proporcionar uma boa fusão e penetração do cordão. Já para uma velocidade baixa, a penetração aumenta mas, para uma velocidade excessivamente baixa de soldagem, o próprio metal fundido na poça funciona como isolante térmico para a transferência de calor do arco para o metal base, prejudicando também a penetração de solda. A figura abaixo mostra esta influência. Figura n-º 13: influência da velocidade de soldagem na penetração de solda. 15

16 - Extensão do eletrodo ( stick out ): Definimos como extensão do eletrodo, a distância da extremidade do bico de contato a peça obra, como indicado na figura n-º 14, incluindo a altura do arco elétrico pois na prática não se mede este valor. Figura n-º 14: extensão do eletrodo. Com o aumento da extensão do eletrodo temos uma queda na amperagem e uma elevação na voltagem de serviço. Uma menor quantidade de corrente é necessária para fundir o arame devido ao aquecimento do mesmo pelo aumento da resistência elétrica do circuito. Portanto, aumentando-se o stick out, aumentamos a taxa de fusão do arame e vice-versa. A figura n-º 15 mostra a variação da corrente e da tensão em função da altura do bico de contato. Figura n-º 15: influência da extensão do eletrodo nas variáveis do processo. Como esta variável influencia a corrente elétrica, algumas variações na penetração de solda são observadas. 16

17 - Inclinação da tocha: Esta é outra variável que tem influência sobre a penetração de solda. De acordo com a figura a seguir, soldando-se com inclinação positiva ( puxando a solda ), o arco elétrico atua diretamente sobre a poça de fusão, aumentando a penetração. Já, no sentido negativo ( empurrando a solda ), o arco elétrico permanece sobre o metal de base frio, reduzindo a penetração da solda. Figura n-º 16: influência da inclinação da tocha no perfil e penetração do cordão de solda. A inclinação positiva ( puxando a solda ) é indicada para a soldagem de chapas galvanizadas ou com oxidação excessiva. A inclinação negativa ( empurrando a solda ) é indicada para a soldagem do alumínio e suas ligas. A inclinação da tocha não deve ser superior a 20º, pois um ângulo maior que este valor pode comprometer a proteção gasosa, além de tornar o arco instável e aumentar a quantidade de respingos. - Indutância. Variável que reduz a quantidade de respingos durante a transferência por curto circuito. A indutância age sobre o pico de corrente de curto circuito, retardando o tempo em que esta atinge o seu valor máximo. Desta maneira, o arco elétrico reascende com menos violência reduzindo a quantidade de respingos como mostra a figura abaixo. Figura n-º 17: influência da indutância na quantidade de respingos durante a transferência por curto circuito. 17

18 - Vazão de gás. A vazão de gás é responsável pela proteção adequada da poça de fusão, garantindo soldas isentas de porosidade. O seu valor ideal depende do metal a ser soldado, das condições do ambiente em relação a ventilação e do nível de amperagem utilizado. Logicamente, em função destes fatores, quanto menor o seu valor maior a economia de gás no processo de soldagem. 18

19 8 - DADOS DE SOLDAGEM EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DO ARAME. As tabelas abaixo são relativas a soldagem de aços carbono com arame ER 70 S 6. A tabela A relaciona as faixas de corrente utilizáveis em função do diâmetro do arame. TABELA A Diâmetro do arame ( mm ) Faixa de Corrente ( A ) 0,8 50 a 220 0,9 60 a 260 1,0 80 a 300 1,2 100 a 340 A tabela B indica a faixa típica de corrente e velocidade de alimentação do arame para transferência em curto - circuito ( utilizando mistura com 25% de CO2 em argônio como gás de proteção ). Diâmetro do arame TABELA B Faixa de corrente Faixa de velocidade de alimentação do arame ( m/min ) ( mm ) ( A ) 0, ,90-10,40 0, ,00-11,40 1, ,80-7,20 Obs: Para um mesmo nível de corrente, a utilização de arames de menor diâmetro proporciona maior taxa de deposição com pouca geração de respingos. 19

20 EFEITO DA DISTÂNCIA BICO - PEÇA DISTÂNCIA BICO DA PEÇA (ALTURA mm) A 170A 190A 210A A tabela C indica a corrente mínima para transferência em spray ( utilizando mistura com 2% de oxigênio em argônio como gás de proteção ). Diâmetro do arame ( mm ) AMPERES DIMINUIÇÃO DA PENETRAÇÃO TABELA C Corrente mínima para spray ( A ) 0, , , ,

21 CURVAS TÍPICAS DE DEPOSIÇÃO 21

22 9- DEFEITOS DE SOLDAGEM E SUAS PROVÁVEIS CAUSAS. - Mordedura. - alta velocidade de soldagem. - alta voltagem do arco. - manuseio inadequado da tocha. Falta de fusão. - cordão muito convexo em soldagem multipasse. - baixa energia de soldagem. - alta energia de soldagem para a posição vertical descendente. - junta inadequada. - manuseio inadequado da tocha. 22

23 - Falta de penetração. - baixa energia de soldagem. - velocidade alta de soldagem. - junta inadequada. - Porosidade. - vazão inadequada de gás: muito alta ou baixa. - superfície com impurezas ( tinta, óleo, graxa, umidade, carepa...). - alta voltagem de soldagem. - Inclusão de escória. - superfície com carepa ou oxidação excessiva. - escória nos cantos de cordões de solda muito convexos. - escória ancoradas em mordeduras. 23

24 - Excesso de penetração. - amperagem muito alta. - grande abertura da raiz. - não utilização de cobre junta. - Desalinhamento. - montagem incorreta da junta. - distorções durante a fabricação. - Distorções. - projeto inadequado da junta. - seqüência inadequada de passes de solda. 24

25 - Trincas de solidificação. No centro do cordão Na cratera - profundidade de penetração excessiva. - junta com grande abertura. - metal base com alto teor de impurezas. - pouco reforço na cratera. - junta com alto grau de restrição. - Trincas induzidas pelo hidrogênio. - presença de hidrogênio no metal de solda, aço com alto teor de carbono equivalente e junta com restrição. - Decoesão lamelar. - inclusões no metal base no sentido da laminação. - junta com alto grau de restrição. 25

26 - Trincas de liquefação do ZTA. - metal base com impurezas. - alto aporte térmico. Defeitos e Causas da Ocorrência de Problemas (Medidas Preventivas) CAUSAS Corrente de ar, vento, ventiladores, exaustores, etc DEFEITO: POROSIDADE MEDIDAS PREVENTIVAS Proteger a peça a ser soldada com cortinas ou biombos. As correntes de ar arrastam facilmente o gás de proteção deixando a poça de fusão desprotegida. Impurezas no metal base. Eliminar as impuresas da superfície a ser soldada. As camadas de tinta, carepa de laminação, óleos, graxa ou outras impurezas provocam formação de poros na solda. Respingos de material fundido no bocal. Fluxo de gás demasiadamente alto ou baixo. Distância excessiva entre o bocal e a chapa. Bocal da pistola danificada ou de configuração inadequada. Ângulo da pistola orientada incorretamente. Largura do cordão excessiva com arco alto e velocidade excessivamente alta. Vazamento de gás na pistola ou conexões. Vazamento de água nas pistolas refrigeradas. Arame ou guia de arames sujos. Gás úmido. Eliminar com frequência os respingos de material fundido acumulado no bocal. Os respingos aderidos ao bocal, provocam turbilhonamento no fluxo do gás o qual se mistura com o ar ocasionando porosidade na solda. Regular o fluxo de gás entre 8-12 L/min. ao soldar com arco curto e de 12 a 20 L/min. com arco longo. Se o fluxo de gás for muito baixo a poça de fusão não recebe proteção adequada. Se for demasiadamente alto ocorrerá um turbilhonamento que arrasta o ar provocando porosidade. Manter a distância do bocal o mais próximo possível da peça. Distância máxima 30 mm. O bocal da pistola deverá estar em perfeitas condições e ter forma cilíndrica ou preferivelmente ter uma secção de saída cônica (ver figura). Bordas irregulares provocam turbilhonamento do fluxo de gás. Orientar o ângulo do bocal ao soldar em pontos críticos tais como cantos externos, bordas ou similar. Uma pistola inclinada demasiadamente faz com que se formem poros. A largura da poça não deverá ser superior a 1,3 vezes ao diâmetro do bocal. Largura excessiva faz com que o gás não proteja todo o banho de solda provocando contaminação pelo ar. Inspecionar periodicamente as mangueiras e conexões para que não ocorram vazamentos. Um vazamento por menor que seja produz porosidade na solda devido a aspiração do ar pelo ponto de fuga, misturando-se com o gás de proteção. A umidade da pistola por menor que seja, provoca grande quantidade de poros na solda. Inspensionar as juntas da pistola e substituí-la caso necessário. Usar arame limpo e limpar a guia do arame com ar comprimido. Verificar o teor de umidade do gás. 26

27 Avanço do arame demasiadamente alto ou baixo em relação a tensão do arco. Impurezas no metal base. Altura do arco excessiva. DEFEITO: RESPINGOS Regular a velocidade de alimentação do arame de de modo a tornar o arco o mais estável possível. Regular o avanço do arame de modo que não se produzam curto-circuitos e que o material de adição se projete uniformemente pelo arco. Tinta, carepa de laminação, Óxido e outras impurezas no metal base formam uma capa isolante que provoca chamas no arco elétrico que, por sua vez, origina grande quantidades de respingos. Limpar a superfície a ser soldada. Regular o avanço do arame de maneira que a altura do arco seja de 2 a 5 mm. A distância do bocal a peça deve ser de 10 a 30 mm. Se a altura do arco for excessiva formam-se respingos geralmente na direção da solda. Bico de contato danificado. Falha do fornecimento de energia elétrica. Início incorreto. DEFEITO: RESPINGO Se o bico de contato encontra-se desgastado o arame de deposição não mantem contato contínuo, com o que o arco queima irregularmente. Se o bocal contiver respingos aderentes, isto ocasiona pertubarções no avanço do arame e por sua vez maior quantidade de respingos. Controlar a tensão na rede elétrica. Ao iniciar-se a soldagem deve-se procurar que o comprimento do arame que sai do bocal seja o mais curto possível e aproximar a pistola o máximo possível da peça. Guia do arame obstruída ou desgastada Respingos de material sobre o arame. Regulagem incorreta da tensão / amperagem. DEFEITO: PROBLEMAS COM AVANÇO DO ARAME Pó e fragmentos de cobre do arame, além de outras impurezas, obstruem o sistema de guia do arame e produzem dificuldades na alimentação do mesmo. Quando ocorrer a troca do arame deve-se remover a guia e limpá-la cuidadosamente com ar comprimido, também podendo usar solvente. Injetar também ar comprimido através do canal da guia para limpeza. Uma guia utilizada por muito tempo fica impregnada de sujeira e deve ser substituída. Se o carretel de arame estiver descoberto, ocorre um acúmulo de sujeira sobre ele, especialmente se existir trabalho de esmerilhamento nas proximidades, pois as fagulhas do esmeril ficam aderidas ao arame, oque dificulta o avanço. Substituir o arame danificado e proteger com tampa ou similar. Regular o avanço do arame em relação a tensão do arco de modo que este queime de maneira contínua e uniforme. 27

28 Bico de contato desgastado. Impurezas no metal base. Mau contato entre o cabo terra e a peça. Distância excessiva entre bocal e peça. Movimento demasiado rápido da pistola. DEFEITO: ARCO INSTÁVEL Quando a abertura do bico de contato se gasta demasiadamente o arame não mantém um contato contínuo fazendo com que o arco arda irregularmente. Tinta, carepa de laminação, Óxido e outras impurezas no metal base formam uma capa isolante que provoca chamas no arco elétrico que, por sua vez, origina grande quantidades de respingos. Limpar a superfície a ser soldada. (Fig. 2) Ligar o cabo terra a peça a ser soldada e limpar a superfície de contato para que seja mais efetivo. Regular o comprimento do arame para que se sobressaia de 5 a 10 mm do bocal ao soldar com arco curto e de mm para arco longo. (Fig. 6) Mover a pistola de modo a formar um cordão denso no material base. Tensão / Amperagem muito alta ou arco muito longo. Impurezas no metal base. Movimento da pistola. Peça superaquecida. DEFEITO: MORDEDURAS Quando a poça de fusão é muito larga existe a tendência dela estenderse para os lados, o que leva como consequência a formação de mordedura. Reduzir a tensão e a velocidade de avanço do arame para obter completo domínio da poça de fusão. As impurezas no metal base provocam mordeduras com grande facilidade. Por isso, deve-se limpar perfeitamente a área de solda. (Fig. 2) Ao soldar-se com arco longo manter a pistola de avanço para frente. Deixar a peça esfriar. Impurezas no metal base. Intensidade insuficiente Altura do arco elevada. Velocidade de avanço excessiva. Ângulo de união pequeno. DEFEITO: FALTA DE FUSÃO As impurezas no metal base provocam mordeduras com grande facilidade. Por isso, deve-se limpar perfeitamente a área de solda. (Fig. 2) Aumentar a intensidade. Diminuir a altura do arco (ou seja a voltagem). Soldar com a velocidade de avanço adequada. Usar um ângulo de união de 45 a 60 dependendo da situação e da espessura do material. Quando os ângulos de união são demasiadamente abertos, o arco não chega convenientemente à superfície de união e o material fundido espirra para as bordas sem penetrar no metal base. Estudar detalhadamente o ângulo e a forma de união que melhor se adaptem ao caso. 28

29 10 - CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO. - Processo de alta taxa de deposição ( alta produtividade ) : 6,0 kg / hora com arame sólido e 12 kg / hora com arame tubular. - solda em todas as posições. - solda a maioria dos metais. - pouca geração de fumos. - bom acabamento, principalmente com a utilização de misturas a base de argônio. - o processo é facilmente automatizado SEGURANÇA. Devido o soldador estar sujeito a itens agressivos como os respingos de solda, radiações ultra violeta e infra vermelha, fumos em ambientes fechados, queimaduras por peças quentes e choques elétricos, para sua proteção é indispensável a utilização de EPI completo indicado para o processo, ou seja: máscara com lente apropriada (em função da amperagem utilizada de acordo com a tabela abaixo ), luvas, perneiras, avental, mangotes, sapato e óculos de segurança como mostra a figura seguinte. 29

30 PROCESOSDE SOLDAECORTE GOIVAGEM PLASMA CORTEA SOLDA MICROPLASMA LENTESRECOMENDADASCONFORMENORMADIN CORENTEAMPERES 0,5 1,0 2,5 5, LENTES RECOMENDADAS CONFORME NORMA DIN ELETRODOS REVESTIDOS MIG TIGTAG 12- SELEÇÃO DE GASES DE PROTEÇÃO PARA O PROCESSO MIG/MAG. # FAMÍLIA STARGOLD 30

31 Soldagem com Arames Tubulares L ogo após a introdução do CO 2 no processo GMAW, foi desenvolvida uma variação deste processo com utilização arame/eletrodo especial. O arame foi descrito com o de seção transversal tubular, contendo em seu interior, um fluxo podendo utilizar os mesmos equipamentos para o processo GMAW. Este novo processo foi chamado de Flux Cored Arc Welding (arame tubular dupla proteção gasosa), uma das proteções vem de uma fonte externa de gás, como o GMAW, a outra é gerada pelo próprio fluxo. Bernard foi o inventor deste processo em 1954, mas somente foi patenteado em Em 1959 foi introduzido outro arame tubular com características semelhantes à invenção de Bernard, este no entanto não necessita de uma fonte externa de gás. Seu fluxo interno gerava uma quantidade de gás de proteção, que ficou denominado como Self-Shield (proteção própria). Inicialmente a soldagem apresentava inúmeros problemas, visto como processo sem qualidade. A ausência de um gás de proteção externo deu popularidade ao processo, entretanto, inicialmente limitou-se as aplicações não críticas. Atualmente ambos os processos Dualshield e Self-Shield são aplicados e cada vez sua participação no mercado vem aumentando. Atualmente em nosso mercado o processo com arames tubulares já é empregado em vários setores de nosso parque industrial, destacando-se na construção naval, implementos agrícolas, caldeiraria e mecânica pesada, construção ferroviária, linhas de fabricação, montagens e em estruturas em geral. FUNDAMENTOS DO PROCESSO A soldagem com Arames Tubulares (Flux Cored Arc Welding- FCAW) é um processo que produz a coalescência de metais pelo aquecimento destes com um arco Elétrico, estabelecido entre um eletrodo metálico tubular, contínuo, cunsumível e a peça de trabalho. A proteção do arco e do cordão de solda é feita por um fluxo de gás fornecido por uma fonte externa. Além da proteção, os fluxos podem ter outras funções semelhantes 31

32 as dos revestimentos dos eletrodos, como desoxidar e refinar o metal de solda, adicionar elementos de liga à solda, fornecer elementos que estabilizam o arco, etc. CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO Vantagens Dupla proteção no cordão de solda pelo CO 2 ou misturas e pela escória formada pelo fluxo. Escória desoxidante permite soldagem sobre superfícies mal preparadas: (ferrugem e carepas de laminação). Penetração elevada e altas taxas de deposição (6 a 10 kg /h). Solda sobre a própria escória, sem inclusão da mesma. Alta qualidade de solda, com menor preparação e maior rapidez de trabalho. Não há perdas por pontas. Processo bastante versátil podendo ser empregado em soldas com espessuras desde cerca de 2 até 75mm, e velocidades elevadas de soldagem de até 10mm/s. Soldas de alta qualidade em todas as posições. Possibilidade de redução do angulo da junta devido a alta penetração. Desvantagens Formação de escória. Utiliza arames acima de 1,2mm de diâmetro. 32

33 EQUIPAMENTOS O equipamento básico para soldagem FCAW é semelhante ao usado na soldagem GMAW. Arames de menor diâmetro, até 2,4mm, normalmente são utilizados com uma fonte de tensão constante e um alimentador de velocidade constante, e arames com diâmetro superior são utilizados com uma fonte de corrente constante e alimentador com velocidade variável, já que este sistema, apesar de mais complexo e de manutenção mais difícil, apresenta melhor resultado nestas condições. O controle do comprimento de arco é semelhante ao da soldagem MIG/MAG. CONSUMÍVEIS 33

34 VARIÁVEIS DO PROCESSO As variáveis do processo FCAW são as mesmas utilizadas para o processo MIG/MAG, como: Voltagem, Amperagem, Velocidade de Avanço, ângulo da tocha Stick out, porém observamos variações destas quando na utilização com arames tubulares: Efeito da Voltagem na Soldagem A voltagem do arco determina o comprimento de arco. O melhor ou mais balanceado arco voltaico para o processo Dual Shield é encontrado quando o comprimento do arco é tal que a ponta do eletrodo está nivelada com a superfície plana da chapa. A transferência do metal de solda através do arco é confinada abaixo da superfície da chapa, resultando em uma condição de soldagem livre de respingos com boa penetração e boa aparência do cordão de solda. Voltagem de arco maior resulta em arco mais longo. A ponta do eletrodo e uma parte da zona gasosa que envolve o arco estão acima da superfície plana da chapa, caso da voltagem alta. A atmosfera gasosa que envolve o arco é coniforme com o vértice da ponta do eletrodo. A base do cone da atmosfera gasosa é tanto mais larga quanto mais longo o arco. Uma área mais larga do metal de base é aquecida, resultando em um cordão de solda mais largo e plano. O comprimento de arco excessivo, contribui para aumentar os respingos e resulta em uma aparência irregular no cordão de solda. Voltagem de arco menor resulta em arco curto. A ponta do eletrodo e a atmosfera gasosa estão abaixo do nível da superfície plana da chapa, caso de voltagem baixa. A base do cone da atmosfera gasosa tem uma área menor e aquece menor área do metal de base, que resulta em um cordão de solda mais estreito e mais alto. Efeito da Corrente na Soldagem A velocidade de alimentação do arame ou taxa de fusão é a variável que controla a corrente de soldagem numa relação não linear. A fonte de energia de potencial constante supre a quantidade de corrente necessária para fundir o arame a uma taxa requerida para manter a voltagem escolhida e resultante comprimento de arco. 34

35 Um acréscimo na velocidade de alimentação do arame, com todos os outros parâmetros constantes, requer mais eletrodo para ser fundido na mesma unidade de tempo, para se manter a mesma voltagem e resultante comprimento do arco. Maior quantidade de corrente é automaticamente fornecida pela fonte, implicando o aumento da taxa de deposição (kg/h). mais metal de solda e maior quantidade de calor são aplicados no metal de base por unidade de comprimento de solda, resultando em penetração mais profunda e cordões de solda maiores e vice-versa. Cada tipo de arame apresenta diferentes características de taxas de fusão. No caso específico de arames tubulares, a pequena área de seção transversal de cada arame fornece a vantagem de altas densidades de corrente, porque o fluxo de corrente é restrito para esta pequena área (considera-se o fluxo com um pobre condutor de eletricidade); o arame rapidamente alcança seu ponto de fusão, conseqüentemente produzindo altas taxas de deposição. Com todas as variáveis mantidas constantes, um acréscimo na corrente de soldagem (velocidade de alimentação) resultará em: 1. Acréscimo de profundidade e largura de penetração. 2. Aumento da taxa de deposição. 3. Aumento do tamanho (altura e largura) do cordão de solda. Efeito da Velocidade de Avanço na Soldagem A velocidade relativa entre o eletrodo e a superfície de trabalho (obra) é a velocidade da soldagem e tem um efeito marcante na penetração e aparência do cordão de solda. Velocidades mais baixas geralmente proporcionam cordões de solda mais largos (espalham), altos e com maior aporte térmico no metal de base por unidade de comprimento de solda. O tempo maior de aquecimento do metal de base aumenta a penetração e aumenta o depósito de solda por unidade comprimento, resultando em um cordão de solda alto e largo. Entretanto, a velocidade de avanço decresce até um ponto em que o volume do metal de solda fundida e escória se tornam tão grandes que os materiais fundidos fluem para dentro da cratera abaixo do arco, gerando um efeito de isolamento entre o arco e o metal de base. Desta forma, o aquecimento do metal de base abaixo do arco é reduzido e o 35

36 metal de solda mais largo com rasa penetração. Este efeito é facilmente visualizado durante a soldagem. Efeito do Ângulo da Tocha Com o ângulo da tocha negativo "empurrando", o arco de solda caminha à frente da poça fluida, ou seja, no metal de base frio e reduz a concentração de calor na peça. Esta técnica é usada onde se deseja uma penetração reduzida, quando na soldagem de materiais de fina espessura. Uma porção do arco de solda incide em cima da poça de fusão quando um ângulo da tocha positivo "puxando" é utilizado, conseguindo-se maiores penetrações. Esta situação é mais desejável porque os soldadores têm uma visão melhor do arco de solda e um melhor controle. Um ângulo de tocha positivo de 2 a 15º é o recomendado, mas não mais de 25º; se o ângulo da tocha for muito grande, o efeito do gás de proteção se perderá. Efeito do Stick-out na Soldagem O stick-out elétrico tem influência na qualidade da soldagem, penetração, estabilidade de arco e taxa de depósito. O stick-out geralmente recomendado para o processo "Dual Shield" está na faixa de 3/4" (19mm) até 1 1/4" (32mm). O comprimento do stick-out determina o valor da resistência elétrica e subseqüentemente a quantidade de pré-aquecimento do eletrodo. Um stick-out curto resultará em baixa resistência do eletrodo, portanto, pouco préaquecimento. Na medida em que o stick-out elétrico é aumentado, mantendo-se a velocidade de arame constante e demais parâmetros, a quantidade de calor I 2 R aumenta e a corrente de soldagem necessária para fundir o arame é diminuída. Controlar a extensão do stick-out é importante. Longas extensões resultam em metal de solda sendo depositado com baixo calor de arco. Isto pode causar formatos pobres de solda e baixa penetração. Em adição, este aumento excessivo tornará também o arco instável, com salpicos demais, perdendo-se a proteção do arco. 36

37 Velocidade de alimentação de Arame Variável Quando se aumenta o stick-out elétrico, deve-se aumentar, também, a taxa de alimentação do arame para uma compensação de perda de potência do arco. Isto resultará em maior taxa de deposição, maior cordão de solda e mais profundidade de penetração. O inverso também é verdadeiro: ao diminuirmos o stick-out elétrico, a resistência do eletrodo cai e a corrente registrada aumenta. Desta forma, para se obter o mesmo valor da corrente original é necessário diminuir a velocidade de alimentação do arame; então, menor quantidade de arame é fundida com menor taxa de deposição, menor cordão de solda e menor profundidade de penetração. Relação Tubo de Contato-Bocal No processo "Dual Shield" é recomendado que a ponta do tubo de contato esteja a uma distância de 1/4" (6,5mm) a 3/8" (9,5mm) para dentro da extremidade do bocal de gás a fim de reduzir a agregação de respingos e a possibilidade de superaquecer o tubo de contato. A distância correta do bocal de gás à obra assegura uma proteção gasosa completa do arco e da poça fluida. O recuo próprio do tubo de contato torna isto possível, favorecendo o préaquecimento do eletrodo no comprimento estendido. 37

38 Tensão de Arco (Volts) Relação entre a Tensão do Arco e a Corrente de Soldagem necessária para a Estabilização do Arco Corrente de Soldagem (Amperes) CO 2 C-25 (75% argônio + 25% CO 2 ) 38

39 TAXAS DE DEPOSIÇÃO 39

40 TÉCNICAS DE SOLDAGEM O arame tubular é um processo bastante versátil, podendo ser empregado em soldas de aços com espessuras desde 2 a 75mm, ou maiores, com velocidade de operação tão grande como 10mm/s. Com o advento de eletrodos tubulares contendo fluxo básico, e de pequenas bitolas, é possível realizar soldas de alta qualidade em todas as posições. A manipulação e o posicionamento da tocha é de extrema importância nesse processo, sendo as seguintes técnicas recomendadas: Posições de soldagem Plana e Horizontal Para a realização de soldas em filete,a tocha deve ser posicionada num angulo de trabalho de 45º e deslocada na distancia de um diâmetro do eletrodo em direção a chapa inferior. Desta forma, o cordão será produzido com geometria simétrica no filete. A máxima penetração é alcançada com deslocamento positivo ("puxando"). Soldas de filete ou sobre postas são preferencialmente soldadas com a técnica ("empurrando"), isso reduz a penetração, mas permite um melhor controle sobre a geometria do cordão. Posição de soldagem vertical Juntas de topo com nariz podem ser soldadas na posição vertical ascendente, sendo o primeiro passe tecido em chicote e os seguintes em "zig-zag". Para junta a topo em "V" simples pode ser usada para o primeiro passe a posição vertical descendente sem oscilação da tocha, os demais vertical ascendente com oscilação. figura (b). 40

41 PROCEDIMENTOS Juntas Especificadas nas Tabelas a Seguir 41

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43 POSIÇÕES DE SOLDAGEM 43

44 UNIDADES: Piabetá Rua Kauro Sato, n 270 Piabetá Magé RJ Tel: (21) (21) priscila.apy@hotmail.com Penha Rua Nicarágua, n 405 Penha RJ Tel: (21) (21) apy-penha@hotmail.com Petrópolis Rua Felipe Camarão, n 28- Retiro Petrópolis - RJ Tel: (24) (21) alex.apy@hotmail.com Nova Iguaçu Rua Oscar soares nº 845 -nova Iguaçu Obs: Antiga Rua Plínio casado Tel : (21) (21) apy.iguacu@gmail.com Site: 44