Apostila de Treinamento MIG/MAG (GMAW)

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1 2015-Jul Apostila de Treinamento MIG/MAG (GMAW) Público alvo: Vendedores e Representantes comerciais 1

2 Informações iniciais : Ciclo de Trabalho (Fator de trabalho) O Ciclo de Trabalho é a relação entre o período de soldagem (Arco Aberto) em um determinado período de tempo. Este período de tempo é determinado pelo projeto do equipamento de acordo com sua aplicação e processo de soldagem, bem como a isolação de seus componentes internos. Conforme norma NEMA, o ciclo de trabalho é baseado em um período de 10 min, ou seja, uma fonte de soldagem com Ciclo de Trabalho de 300 A, deve operar com o arco aberto de 300 A de saída em 6 min e o restante do tempo (4 min) deve apagar o arco e refrigerar os componentes internos. O Ciclo de Trabalho é informado pelos fabricantes de equipamentos em percentagem (%), o símbolo mais utilizado é ( arroba ) e está relacionado com a corrente (A) de saída. O tipo de trabalho (soldagem) determina a característica do equipamento e seu respectivo Ciclo de Trabalho. Tensão Elétrica É a diferença de potêncial elétrico entre dois pontos (A, B). A tensão tem como grandeza a Voltagem, e usualmente é chamada por este nome. Sua unidade de medida é o Volt V. Corrente Elétrica Os elétrons denominam-se Corrente Elétrica e sua unidade de medida é o Amper A. Resistência Elétrica É a caracterísca elétrica dos materiais que representa a oposição à passagem da corrente elétrica. Sua unidade de medida é o Ohm Ω. Potência Elétrica É a quantidade de energia elétrica desenvolvida, ou consumida, num intervalo de tempo por um dispositivo elétrico. Sua unidade de medida é o Watt W. 2

3 PROCESSO: MIG/MAG MIG Metal Inerte Gás - Metal a ser soldado > Alumínio e ligas Gás de proteção (Inerte)> Argônio MAG Metal Ativo Gás - Metal a ser soldado > Aço e ligas - Gás de proteção(ativo)> CO2 ou misturas A soldagem GMAW ou MIG/MAG realiza a união de materiais metálicos pelo seu aquecimento e fusão localizados através de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico não revestido e maciço na forma de fio a peça-obra. A proteção do arco e da região da poça é feita por um gás, ou mistura de gases, inerte ou capaz de reagir com o material sendo soldado. Os gases mais usados são o argônio e o CO2 e, menos comumente, o hélio. Misturas de Ar-He, Ar-CO2, Ar-O2, Ar-CO2-O2 e outras, em diferentes proporções, são usadas comercialmente. Gases ou misturas de proteção completamente inertes tem, em geral, uso restrito para metais e ligas não ferrosas. Aços, particularmente aço carbono e de baixa liga são soldados com misturas contendo proporções diversas de O2 e de CO2. O processo é utilizado principalmente no modo semi-automático, embora, mais recentemente, o seu uso no modo automático, através de robôs industriais tenha crescido muito. O seu equipamento básico inclui fonte de energia, cabos, tocha de soldagem, alimentador de arame e seu sistema de controle, bobina de arame (eletrodo), fonte de gás de proteção com regulador de vazão, ferramentas e material de segurança. A fonte de energia mais usada é do tipo tensão constante regulável com alimentação de arame a velocidade constante. Este tipo de sistema permite o controle automático do controle do arco diretamente através de variações da corrente de soldagem. 3

4 Sistemas alternativos, com fontes com saída de corrente constante, necessitam de sistemas especiais para controlar o comprimento do arco. A tocha para soldagem GMAW possui um contato elétrico deslizante (bico de contato) para transmitir a corrente ao arame, orifícios para a passagem de gás de proteção e bocal para dirigir o fluxo de gás à região do arco e da poça de fusão. Para a soldagem semi-automática, ela ainda possui um interruptor para o acionamento da corrente de soldagem, da alimentação de arame e do fluxo de gás de proteção. O sistema de alimentação é composto de um motor, um sistema de controle de sua velocidade e um conjunto de roletes responsável pela impulsão do arame. Em comparação com a soldagem com eletrodos revestidos, a soldagem GMAW (MIG/MAG) é relativamente mais simples quanto à sua técnica de execução pois a alimentação de metal de adição é feita pelo equipamento e a quantidade de escória gerada é mínima. Por outro lado, este processo é mais complicado em termos da seleção e ajuste de seus parâmetros devido ao seu maior número de variáveis e a forte inter-relação entre elas. 4

5 São variáveis importantes do processo: Diâmetro e composição do arame, Tipo do gás de proteção, Velocidade de alimentação do arame, Vazão do gás de proteção, Comprimento do eletrodo e distância da tocha à peça, Posicionamento da tocha em relação à peça, Corrente de soldagem, Tensão de soldagem, Velocidade de soldagem, Indutância (características dinâmicas) da fonte, Técnica de manipulação. A seleção incorreta destes parâmetros resulta em soldas insatisfatórias devido a problemas metalúrgicos e/ou operacionais como, por exemplo, instabilidade do arco, respingos, falta de fusão ou de penetração, porosidade, etc. Em particular, neste processo, o modo de transferência de metal é muito importante pois determina várias de suas características operacionais. Curto circuito Globular Spray Pulsado Interpulsado O tipo de transferência a ser obtida depende diretamente da Tensão, Corrente e tipo de gás que será aplicado ao processo. A composição do arame depende do tipo de metal de base, das propriedades desejadas para a solda e, em menor grau, do tipo de gás de proteção. O tipo de arame é, em geral, indicado com base em classificações dadas por normas de especificação como, por exemplo, as da American Welding Society (AWS). O diâmetro do arame é escolhido principalmente em função da espessura do metal de base, da posição de soldagem e de outros fatores que limitam o tamanho da poça de fusão ou o aporte de calor na solda. Para cada diâmetro e composição de arame, existe uma faixa de corrente adequada à sua utilização, isto é, para a qual a estabilidade do processo e as condições de formação do cordão de solda são satisfatórias. Faixa de corrente (A) de soldagem para arames de aço carbono. Referência Diâmetro do arame (mm) Gás de 0,80 mm 0,90 mm 1,00 mm 1,20 mm 1,60 mm Proteção ER 70 S6 50A a 130A 60A a 160A 70A a 180A 90A a 130ª 125A a 400A CO 2 A corrente de soldagem controla fortemente a velocidade de fusão do arame (figura a abaixo). Além disso, a penetração, o reforço e a largura do cordão tendem a aumentar com a corrente quando as demais variáveis são mantidas constante. 5

6 Relação entre a corrente e a velocidade de fusão do arame (diâmetro: 1,2mm). A corrente de soldagem também afeta o modo de transferência do metal de adição, particularmente na soldagem com argônio ou com misturas Ar-CO2 (CO2 < 25%) e Ar-O2. De fato, neste caso, existe um valor de corrente acima do qual a transferência muda de globular para aerossol (corrente de transição). Este valor depende de fatores como: Composição química do arame: Por exemplo, a corrente de transição de arames de aço é maior do a de alumínio; Diâmetro do eletrodo: A corrente de transição aumenta com o diâmetro do eletrodo; Polaridade: Na soldagem de aço com Ar-O2, existe uma corrente de transição quando o eletrodo é positivo (polaridade inversa), contudo, com eletrodo negativo (polaridade direta), a transferência aerossol não é observada. Composição do gás de proteção: A transferência aerossol é observada na soldagem com misturas de proteção ricas em argônio. Comprimento do eletrodo: Quando este aumenta, a corrente de transição tende a ser reduzida. A tabela abaixo mostra valores da corrente de transição globular para arames de aço e Ar-2%O2. Diâmetro do arame (mm) 0,80 1,0 1,2 1,6 Corrente de transição (A) A soldagem GMAW é feita quase que exclusivamente com corrente contínua e polaridade inversa. Nestas condições, o processo apresenta um arco mais estável e uma maior penetração. 6

7 A soldagem com polaridade direta pode ser utilizada em processos de recobrimento (devida à sua baixa penetração) e a corrente alternada não é utilizada. A tensão de soldagem afeta o modo de transferência de metal de adição e a aparência do cordão. Uma maior tensão aumenta a largura do cordão e diminui a sua convexidade, mas valores excessivamente altos causam porosidade, respingos e mordeduras. Valores muito baixos também podem causar porosidade (por perda de proteção devido à turbulência causada pela instabilidade do processo), convexidade excessiva e dobras na margem do cordão. O valor adequado da tensão para uma dada aplicação depende de muitos fatores como, por exemplo, a espessura e tipo da junta, a posição de soldagem, o diâmetro e composição do arame e a composição do gás de proteção. A tabela abaixo mostra alguns valores ilustrativos da tensão de soldagem para diferentes materiais. Valores de tensão do arco para a soldagem GMAW (variação de ±10%, com os menores valores usados para as menores correntes). Transferência Globular Transferência por curto circuito Arame 1,6 mm Arame 0,90 mm Material Ar-O Argônio 2 Ar-O CO (1-5% O 2 ) 2 Argônio 2 CO (1-5% O 2 ) 2 Alumínio Aço Carbono (comum) Aço Inoxidável Cobre O eletrodo conduz a corrente de soldagem entre o bico de contato e o arco, sendo aquecido por esta pelo efeito Joule (aquecimento resistivo). Como a resistência do eletrodo é proporcional ao seu comprimento, a intensidade do aquecimento do eletrodo será proporcional à este comprimento. Assim, um aumento deste (causado, por exemplo, por um maior afastamento da tocha em relação à peça), para uma velocidade constante de alimentação de arame, reduz a corrente necessária para fundir o arame. Como resultado, a quantidade de calor cedido à peça e a penetração do cordão são, também, reduzidos. Em soldagem semi-automática, trabalha-se com um comprimento de eletrodo entre cerca de 6 e 25mm. O controle conhecido como indutância permite o ajuste das características dinâmicas da fonte, em particular, da velocidade de variação da corrente de soldagem como resultado de variações no comprimento do arco ou da ocorrência de um curto circuito entre o eletrodo e a peça. Este controle é particularmente importante quando se trabalha com transferência por curto circuito, controlando a variação da corrente quando o arame toca a peça e impedindo que esta aumente de forma explosiva (baixa indutância), o que aumentaria a instabilidade de processo, ou de forma muito lenta (indutância elevada), o que poderia levar à solidificação da poça de fusão e o agarramento nesta do eletrodo. 7

8 O tipo de gás de proteção afeta as características do arco, o modo de transferência de metal de adição, o formato do cordão depositado e, no caso de gases ativos, as suas características metalúrgicas. Para a seleção do gás de proteção deve-se considerar o tipo de metal a ser soldado, sua espessura, a posição de soldagem, exigências de qualidade, características do processo (por exemplo, uso de corrente pulsada) e custo. Na tabela abaixo apresentaremos os principais gases e misturas de proteção e suas aplicações. É importante observar que a nomeclatura ou referência dada pelos fabricantes não serão mencionadas nesta tabela, portanto a consulta ao fornecedor do gás deve ser feita pela composição dada. Gases Gás ou Mistura Comportamento Aplicações Químico Argônio Inerte Quase todos os metais, exceto o aço Hélio Inerte Al, Mg, Cu e sua ligas. Alta penetração Ar + He (20-50%) Inerte Ídem He, mas melhor que 100% He Nitrogênio Cobre (maior energia de soldagem) Ar + N 2 (20-30%) Ídem N 2, mas melhor que 100% de N 2 Ar + O 2 (1-2%) Liga oxidante Aços inoxidáveis e algumas ligas de Cu Ar + O 2 (3-5%) Oxidante Aços carbono e alguns aços de baixa liga CO 2 Oxidante Aços carbono e alguns aços de baixa liga Ar + CO 2 (20-50%) Oxidante Vários aços. Transferência por curto-circuito Ar + CO 2 + O 2 Oxidante Vários aços Metal Gás de Proteção Espessura Transferência Vantagens Aço carbono 95% Ar + 3,5% O 2 - SPRAY Mais fluídica e controlada poça de fusão 90% Ar % CO 2 - SPRAY Altas velocidades e baixo custo 75% Ar + 25% CO 2 até 3,2 mm Curto-Circuito Mínima distorção e respingos 75% Ar + 25% CO 2 mais 3,2 mm Curto-Circuito Adiciona-se a facilidade de soldas nas posições vertical e sobre-cabeça Ar % CO 2 - Curto-Circuito Altas penetrações com rápidas velocidades Aço baixa liga 98% Ar + 2% O 2 - SPRAY Baixa mordedura e boa resistência 60% He + 25% Ar + 4,5% CO - Curto-Circuito Excelentes resistência, estabilidade do arco, características de solda 75% Ar + 25% CO 2 - Curto-Circuito Satisfatórias resistência e características da solda Aço inoxidável 99% Ar + 1% O 2 - SPRAY Mais fluídica e controlada poça de fusão 98% Ar + 2% O 2 - SPRAY Melhora a estabilidade do arco e a velocidade de soldagem 90% He + 7,5% Ar + 2,5% CO Curto-Circuito Mínima distorção, sem mordedura e corrosão por resistência Alumínio 100% Ar até 25 mm SPRAY Melhor transferência do metal 35% Ar + 65% He 25 a 76 mm SPRAY Maior calor no arco 25% Ar + 75% He mais 76 mm SPRAY Melhor calor no arco, mínima porosidade Ar + He mais 3,2 mm Curto-Circuito Argonio e hélio são preferíveis pelo metal base 8

9 A soldagem GMAW semi-automática pode ser realizada com a tocha apontando para a frente ou para trás em relação à direção de soldagem com uma inclinação de até 25º. No primeiro caso, o cordão tende a ser mais largo e raso e, no segundo caso, a penetração é maior. Como na soldagem com eletrodos revestidos, o posicionamento da tocha em relação à junta e a sua correta manipulação são importantes. Este posicionamento e manipulação depende de vários fatores como o tipo do material de base, a espessura da junta, o tipo de chanfro usado, parâmetros e posição de soldagem. As figuras 9 a 12 mostram alguns exemplos. Plana Vertical Filete Horizontal Deposição em filetes Ascendente Parâmetros de Soldagem: As Consulte o Guia Rápido ou a tabela de parâmetros BALMER. Observações: As informações acima são apenas referenciais, pois estes valores podem variar conforme o consumíveis, habilidade do operador, condições da rede elétrica, e outras alheias ao processo. Também destamos a importância da boa qualificação do soldador, que dependendo da sua formação, poderá ou não atingir os melhores resultados em soldagem. Se você não encontrar a situação de soldagem que deseja, entre em contato com a Fricke e Merkle Balmer que forneceremos os parâmetros de soldagem adequados. 9

10 Defeitos na Soldagem (Processo MIG/MAG) Em qualquer processo de soldagem poderá ocorrer defeitos, porém com a identificação correta do defeito, esclarecimento dos motivos e orientação para a possíveis soluções, com certeza o defeito será solucionado e a soldagem apresentará a qualidade exigida. Defeito Possíveis Motivos Soluções Polaridade incorreta. - Verifique a polaridade. - Use polaridade positiva no eletrodo. Conexões frouxas do cabo de soldagem - Verifique e aperte as conexões dos cabos. ou do cabo terra. - Melhore o aterramento. Dificuldade de abertura do arco elétrico ou arco instável. (Interrupções ou variações de energia no arco elétrico) Alimentação irregular do arame. (Interrupções ou variações na velocidade do arame de solda) Chapa suja, enferrujada ou pintada. Bico de contato sujo ou muito gasto. A corrente não se transfere adequadamente ao arame. Gás de proteção insuficiente. Pressão dos roletes de arraste insuficiente: o arame desliza e não alimenta a pistola. Pressão dos roletes de arraste excessiva, que deforma o arame, arranca a camada de cobre e entope o bico de contato. Rolete de arraste embola o arame. - Limpe as superfícies a serem soldadas. - Use lixadeira ou escova de aço para remover ferrugem e use solvente para remover óleo, graxa ou tinta. - Limpe ou substitua o bico de contato. - Verifique as válvulas e se não há vazamento de gás. Aumente a vazão do gás. - Aumente a pressão dos roletes de arraste. - Reduza a pressão dos roletes de arraste, limpe o conduíte e o bico de contato. - Verifique se está correto conforme a bitola do arame. - Limpe os roletes e o alimentador de arame. - Acerte a pressão dos roletes de arraste. - Verifique e aumente a velocidade de alimentação do arame. Velocidade de alimentação do arame muito baixa. Bico de contato sujo ou muito gasto provoca mau contato. Abertura do arco elétrico no bico de - Limpe ou substitua o bico de contato. contato. Polaridade incorreta. - Verifique a polaridade. - Use polaridade positiva no eletrodo. Superaquecimento da tocha. - Use tocha que aceite maior corrente de soldagem ou tocha refrigerada a água. Conduíte flexível (guia do arame) está - Limpe ou substitua o conduíte flexível sujo ou desgastado. (guia do arame). Defeito Possíveis Motivos Soluções O freio do moto-alimentador não está - Limpe o sistema de freio do motoalimentador, funcionando corretamente e o arame retire excessos de graxa ou Alimentação irregular do arame. 10

11 (Interrupções ou variações na velocidade do arame de solda) Aquecimento excessivo do cabo da tocha e do cabo de solda com grampo terra. (Sobrecarga elétrica nos condutores ou terminais provocada por mau contato ou mau dimensionamento. Sopro Magnético (Desvio do arco elétrico provocado pela interferência de um campo magnético externo.) Falta de Fusão ou Penetração (Não ocorre fusão homogênea ou penetração adequada entre as partes soldadas, o que reduz a resistência da solda e atua como pontos de início de trincas quando a peça está em serviço.) enrosca na saída do carretel. Não ocorre alimentação do arame. Conexões frouxas do cabo de soldagem ou do cabo terra. Cabo de soldagem muito longo. Ciclo de trabalho pesado. Tensão diferente da indicada. Arco instável que muda de direção sem causa aparente. Solda efetuada na direção do cabo terra. A bancada ou a peça estão magnetizadas. Preparação da junta inadequada. Corrente desoldagem (amperagem) muito baixa. Velocidade de soldagem muito alta. Distância muito alta da tocha à peça. sujeiras acumuladas. - Regule o freio de forma que o carretel pare no momento em que o gatilho da pistola de soldagem é desativado. - Verifique se o arame está passando pelos canais das roldanas do moto-alimentador e se o sistema elétrico do moto-alimentador está funcionando. - Troque o fusível do sistema do motoalimentador casoesteja queimado.verifique se o interruptor (gatilho) da pistola de soldagem está funcionando. - Verifique e aperte as conexões dos cabos. Melhore o aterramento. - Substitua por outro de bitola maior ou, se possível, reduza o comprimento. - Use um ciclo menos intenso. - Utilize um sistema de refrigeração por água. - Acerte as ligações de acordo com o esquema da fonte de energia. - Mude a posição do cabo terra. Prenda o cabo terra diretamente na peça de trabalho. - Solde afastando-se do cabo terra. - Substitua a bancada e verifique periodicamente se não está ocorrendo magnetização das peças. - Verifique o chanfro: aumente a abertura da raiz, reduza a face da raiz e/ou aumente o ângulo do chanfro. - Aumente a velocidade de alimentação do arame. - Reduza a velocidade de soldagem. - Solde com a tocha mais próxima à peça (+ ou - 10 vezes a bitola 11

12 do arame) (veja figura 3). Ângulo da tocha inadequado. - Mude o ângulo da tocha. - Solde com a tocha reta ou puxando ligeiramente para aumentar a penetração. Chapa suja, enferrujada ou pintada. - Limpe as superfícies a serem soldadas. - Use lixadeira ou escova de aço para remover ferrugem e solvente para remover óleo, graxa ou tinta. Manipulação inadequada da tocha. - Com oscilação durante a soldagem, mantenha o arco sobre as laterais do chanfro, permitindo a fusão completa das bordas. Porosidade (Inclusões internas e/ou Proteção de gás inadequada. - Aumente a vazão de gás (veja item 10). Mantenha o bocal da tocha mais perto da peça. erupções externas que - Verifique se há vazamento de gás. provocam redução da resistência da solda podem não ser visíveis.) - Centralize o bico de contato no bocal da tocha. - Troque o bocal da tocha se estiver danificado. - Verifique se a válvula solenóide do gás está funcionando corretamente. Chapa suja, enferrujada ou pintada. - Limpe as superfícies a serem soldadas. - Use lixadeira ou escova de aço para remover ferrugem e solvente para remover óleo, graxa ou tinta. Ângulo da tocha inadequado. - Mude o ângulo da tocha para melhorar a proteção do gás Arame de solda sujo ou oxidado. - Após abrir a embalagem, mantenha o arame protegido de umidade, respingos de solda e poeira. Corrente de ar junto à peça a ser soldada desloca o gás de proteção. - Use biombos ou cortinas adequadas para evitar as correntes de ar. Vazão do gás muito elevada causa - Reduza a vazão do gás turbulência na poça de fusão, permitindo a entrada de ar. Conduíte do arame sujo e/ou bocal com - Limpe o conduíte e o bocal. respingos. Velocidade de soldagem muito alta. - Mantenha a poça de solda fundida por mais tempo, para permitir que os gases escapem antes que a solda solidifique Defeito Possíveis Motivos Soluções Excesso de respingos Tensão (voltagem) muito alta, - Reduza o valor da tensão e trabalhe com aumentando o comprimento do arco curto. arco. - O acabamento do cordão fica irregular, embora a resistência da solda nao seja afetada. - O acabamento fica Distância da tocha à peça muito alta. Chapa suja, enferrujada ou pintada. - Solde com a tocha mais próxima à peça - Limpe as superfícies a serem soldadas. - Use lixadeira ou escova de aço para remover ferrugem e solvente para remover óleo, graxa ou tinta. 12

13 prejudicado, aumentando o custo de limpeza da solda.) Trincas na solda - Muitos tipos de trincas podem ocorrer em uma solda. Algumas são visíveis, outras não. - Todas as trincas são consideradas potencialmente sérias e devem ser evitadas ou reparadas. - As trincas podem se propagar, causando a quebra da peça quando em serviço. Vazão do gás muito elevada, que causa turbulência na poça de solda, permitindo a entrada de ar, causando porosidade e excesso de respingos. Indutância da máquina de solda. Trinca de cratera: no final do cordão, o arco é fechado muito rapidamente. Teor de carbono ou enxofre elevado no metal base. Cordão de solda côncavo. Velocidade de soldagem muito alta. Junta muito rígida. - Reduza a vazão do gás - Se estiver soldando com transferência tipo curto-circuito, aumente a indutância na máquina de solda. - No final do cordão, retorne ou pare o deslocamento para encher adequadamente a cratera de solda. - Preaqueça a peça se o teor de carbono no metal base for elevado. - Reduza a penetração, usando baixa corrente de soldagem (utilize baixa velocidade de alimentação do arame ou arames de menor bitola). - Mude a velocidade de soldagem ou o tipo de gás de proteção para obter um cordão mais plano. - Reduza a velocidade de soldagem. - Preaqueça a peça. - Melhore a montagem de forma que o metal base dilate e contraia livremente. - Use chanfro mais aberto. 13

14 Profissionais que elaboraram esta apostila: - Marcus Vinícius Rodrigues Fone: (55) vinicius@fricke.com.br Fontes de referências: - Fricke Equipamentos de Soldagem Ltda - Equipamentos de Soldagem Ltda - Merkle Schweißanlagen-Technik GmbH - Universidade Federal de Minas Gerais 14