Processo de Soldadura MIG/MAG 131/135 GMAW

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1 Direcção de Formação Processos de Soldadura Processo de Soldadura MIG/MAG 131/135 GMAW Italo Fernandes EWE / IWE Módulo 1.8 Temas a Tratar - Processos de Soldadura Fio Sólido com Protecção Gasosa Inerte MIG 131 Fio Sólido com Protecção Gasosa Activa MAG 135 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 2 / 117

2 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 3 / 117 EWE / IWE Módulo 1.8 Objectivos Princípio de Funcionamento Equipamentos e Acessórios Aplicações, Vantagens e Desvantagens Parâmetros (variáveis essenciais) de Soldadura Modos de Transferência Consumíveis Tipos e Cuidados Tipos de Chanfros/Juntas Imperfeições Típicas Princípio de Funcionamento Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 4 / 117

3 Princípio de Funcionamento (1 de 3) Processo de Soldadura por Fusão. A Fusão do material de adição e do material de base é obtida através do calor desenvolvido por um arco eléctrico. O Material de Adição é obtido através da utilização de um consumível do tipo Fio Sólido Continuo. Tipo de Corrente Eléctrica, Continua: DC(+) / DCEP e AC Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 5 / 117 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 6 / 117 Princípio de Funcionamento (2 de 3) A Protecção do banho em fusão, das gotas de material de adição e do cordão de soldadura é obtida através de uma protecção gasosa Protecção Inerte Árgon ou Hélio ou misturas de ambos (mais comum 50% ou 75% de Árgon) Protecção Activa - CO 2 ou misturas Árgon + CO 2 5%, 18% ou 20%, ou misturas Árgon + O 2 a 5%, ou misturas Árgon + CO 2 + O 2.

4 Princípio de Funcionamento (Esquema) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 7 / 117 MIG Metal Inert Gas Utiliza só gases Inertes Só faz a protecção ao material fundido (banho e metal de adição) Não Existem Reacções Químicas Aplicável a não ferrosos (Al e CU) e materiais reactivos (Ti e Nb) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 8 / 117

5 MAG Metal Active Gas Utiliza CO 2 e misturas de Gases Inertes e Activos Faz a protecção ao material fundido (banho e metal de adição) Provoca Reacções Químicas de Oxi-redução Exotérmicas Aplicável a Ferrosos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 9 / 117 Aplicações Típicas (1 de 2) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 10 / 117

6 Aplicações Típicas (2 de 2) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 11 / 117 Vantagens: Solda todos os metais Controlo da Penetração Razoável Usa DC (+) /AC Solda em Todas as Posições Factor de Marcha de 60% Taxa de Depósito entre 1,2 a 1,5 Kg/h Automatização, Eléctrodo Contínuo Baixos Níveis de Hidrogénio Sem Escória, excepto com CO 2 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 12 / 117

7 Desvantagens: Acessibilidade e Mobilidade Faltas de Fusão/Colagens Limitado a espessuras até 50 mm (devido às colagens) Risco de Inclusões com CO 2 Boas Competências do Soldador Grande sensibilidade às correntes de ar Custos dos Gases de Protecção Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 13 / 117 Fonte de Energia Alimentador de Fio Tocha de Soldadura Garrafa de Gás Cabo de Energia e Retorno Alicate/Grampo de Massa Sistema de Refrigeração Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 14 / 117

8 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 15 / 117 Fontes de Energia: Tipo Estático: Convencionais, Inversores ou com Controlo por CPU Rectificadores debitam corrente DC ou Transformadores/Rectificadores debitam AC Tipo Rotativo: Geradores debitam corrente DC Factor de Marcha de 60% Curva Estática Tipo Plano ou Tensão constante Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 16 / 117

9 Fontes de Energia: Tipo Estático: Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 17 / 117 Fontes de Energia Convencionais Controlo dos Parâmetros: Intensidade Velo. de Alimentação de Fio Voltagem Arco Tensão do Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 18 / 117

10 Intensidade Velocidade de Alimentação de Fio em função do tipo de fio e do diâmetro Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 19 / 117 Fontes de Energia Controladas por CPU Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 20 / 117

11 Fontes de Energia Sinérgicas : Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 21 / 117 Acessórios Instalados nas Fontes Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 22 / 117

12 Curva Característica Estática Tensão Constante ou Plana Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 23 / 117 Arranque e Paragem do Processo: Escorvamento por curto-circuito Sequência de arranque: - Abertura do Gás - Arranque do alimentador e da passagem da corrente eléctrica. Sequência de Fecho: - Pára o alimentador - Pára a passagem de corrente (controlo do burn back ) - Fecho do gás Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 24 / 117

13 Controlo da Estabilidade do Arco-Eléctrico Obtido através do Efeito de Auto-Regulação ou da Tensão do Arco Efeito de Auto-Regulação deve-se a: Alimentador de Velocidade Fixa Tipo de curva característica Estática da Fonte, Tensão constante Processo em que o efeito da densidade de energia é relevante Efeito de Joule não desprezável na fusão do fio 2 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 25 / 117 W = α. I + β. l. I Controlo do Arco - Efeito de Auto-Regulação Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 26 / 117

14 Controlo do Arco Através da Tensão do Arco Controlo pela Tensão do Arco deve-se a: Alimentador de Velocidade Variável Tipo de curva característica Estática da Fonte, Intensidade Constante Dispositivo electrónico, que mede a tensão do Arco e compara com um valor padrão Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 27 / 117 Tochas de Soldadura (1 de 3) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 28 / 117

15 Tochas de Soldadura (2 de 3) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 29 / 117 Tochas de Soldadura (3 de 3) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 30 / 117

16 Alicates de Massa e Massas Rotativas: Adequados à Intensidade máxima a utilizar Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 31 / 117 Cabos de Energia, de Retorno e Ligações Rápidas: Escolha da Secção mínima de Cabo: Intensidade Máxima a utilizar (diâmetro de eléctrodo e/ou espessura do material a soldar) Distância máxima entre a fonte e o local de trabalho Factor de Marcha utilizado Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 32 / 117

17 Cabos de Energia e de Retorno Considerando distâncias de 4,5 m (normal de uma bainha): Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 33 / 117 Intensidade Máxima (A) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 34 / 117 Comprimento máximo dos Cabos de soldadura (m) Secção mínima dos cabos (mm 2 ) Cabos de Energia e de Retorno considerando factor de Marcha a 60%:

18 Cabos de Energia, de Retorno e Ligações Rápidas: Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 35 / 117 Cabos de Alimentação de Energia: Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 36 / 117

19 Cuidados Gerais: As Linhas de Distribuição balanceadas ão da energia devem estar A Massa deve estar bem fixa, dimensionada e ter bom contacto Verificar os apertos, evitar os Pontos Quentes Garantir os Isolamentos eléctricos A Terra por segurança deve existir sempre Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 37 / 117 Bicos ou Tubos de Contacto Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 38 / 117

20 Bocal Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 39 / 117 Bocais Especiais Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 40 / 117

21 Bainha Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 41 / 117 Alimentador Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 42 / 117

22 Sistemas de Roletes e Guias Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 43 / 117 Roletes Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 44 / 117

23 Sistemas de Alimentação de Fio (1 de 3) Sistema de Puxa/Empurra Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 45 / 117 Sistema de Puxa Sistema de Empurra Sistemas de Alimentação de Fio (2 de 3) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 46 / 117

24 Sistemas de Alimentação de Fio (3 de 3) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 47 / 117 Refrigeração Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 48 / 117

25 Controlos Remotos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 49 / 117 Parâmetros de Soldadura (variáveis essenciais): Intensidade de Soldadura (corrente) / Velocidade Alimentação de Fio Tensão Arco Eléctrico (voltagem) /Altura do Arco Velocidade de Soldadura Tipo de Eléctrodo e seu Diâmetro Tipo de Protecção e Caudal Extensão Livre do Eléctrodo Inductância Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 50 / 117

26 Parâmetros de Soldadura (variáveis essenciais), influência na morfologia do cordão de soldadura Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 51 / 117 Terminologia: Extensão livre do Eléctrodo Stick Out Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 52 / 117

27 Extensão livre do Eléctrodo Influência no cordão e taxa de depósito Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 53 / 117 A Inductância como Parâmetro de Soldadura Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 54 / 117

28 A Inductância como Parâmetro de Soldadura efeito de redução dos salpicos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 55 / 117 Consumíveis: Gases de Protecção Fio Sólido - Diâmetros de 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 e 2,4 mm Escolha do tipo de consumível depende: Tipo de material a soldar Espessura a soldar Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 56 / 117

29 Gases de Protecção Classificação dos Gases: EN 439 I Inertes -Ar ou Ar+He M1; M2; M3 Misturas Activas - CO 2 +O 2 +Ar / O 2 +Ar; CO 2 +Ar / CO 2 +H 2 +Ar C CO 2 ou CO 2 +O 2 Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 57 / 117 Gases de Protecção - Aplicações I Inertes: Não Ferrosos, Reactivos e Inox M1; M2; M3 e C Misturas Activas e só Activa: Ferrosos e Inox Chapa fina: CO 2 +O 2 +Ar ou CO 2 +H 2 +Ar Inox: CO 2 +Ar ou O 2 +Ar Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 58 / 117

30 Gases de Protecção - Morfologia dos Cordões (1 de 5) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 59 / 117 Gases de Protecção - Morfologia dos Cordões (2 de 5) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 60 / 117

31 Gases de Protecção - Morfologia dos Cordões (3 de 5) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 61 / 117 Gases de Protecção - Morfologia dos Cordões Aço Inoxidável (4 de 5) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 62 / 117

32 Gases de Protecção - Morfologia dos Cordões Aço (5 de 5) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 63 / 117 Gases de Protecção - Distribuição/Regulação Sistemas centralizados Garrafas (150 e 300 bar para Ar) Caudalimetros Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 64 / 117

33 Gases de Protecção - Caudalimetros Caudalimetro de Coluna Caudalimetro de Relógio Caudalimetro de Verificação Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 65 / 117 Fios Consumíveis Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 66 / 117

34 Processo Fio Sólido Protecção Activa - MAG 135 Classificação dos Consumíveis Norma AWS A Aços não Ligados Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 67 / 117 Processo Fio Sólido Protecção Activa - MAG 135 Fio Classificação Classificação dos Consumíveis Norma AWS A Aços não Ligados Gás Ruptura (N/mm 2 ) Cedência (N/mm 2 ) Enlongamento (%) Impacto J (ºC) ER70S-2 CO (-29) ER70S-3 CO (-18) ER70S-4 CO ER70S-5 CO ER70S-6 CO (-29) ER70S-7 CO (-29) ER70S-D2 CO (-29) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 68 / 117

35 Processo Fio Sólido Protecção Activa - MAG 135 Código de Identificação - Aço não ligado/grão Fino EN 440 G 46 3 M G3Si1 EN 440 Define a norma aplicável ao consumível G Define que é um fio aplicável em MAG 46 Código que define as propriedades mecânicas do metal depositado pelo material de adição (ver tabela) 3 Código que define a temperatura à qual se obtém 47 Joules de energia de impacto (ver tabela) M Código que define o tipo de gás com que se obteu a composição química M para msituras tipo M2 ou C para C1. G3Si Código que identifica a composição química do metal depositado (ver tabela) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 69 / 117 Regras Básicas para a Escolha do Fio Consumível O material depositado deve ser o adequado à soldadura, isto é, compatível com o material base (metalurgicamente, características físicas e químicas) Propriedades mecânicas definidas na especificação de construção Em função da Espessura (Intensidade de Soldadura) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 70 / 117

36 Armazenagem e Secagem dos Fios Consumíveis Armazém Geral: Temperatura a cerca de 10ºC acima da Temperatura Ambiente Húmidade Relativa máxima entre 40 a 60% Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 71 / 117 Acessório para Limpeza dos Fios Aplica-se directo no Alimentador Só se utiliza em: Al; Cu e Ti Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 72 / 117

37 Modos de Transferência Factores que influenciam: Tipo de Gás Tipo de Fio Diâmetro do Fio Intensidade / Velocidade de Alimentação Tensão / Altura do Arco Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 73 / 117 Modos de Transferência Forças que actuam no destacamento das gotas: Gravidade (Fg) Tensão Superficial (Fts) Jacto de Plasma (Fd) Electromagnéticas / Efeito de Pitch (Fem) Vaporização (Fv) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 74 / 117

38 Força da Gravidade: Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 75 / 117 Modos de Transferência Força que ajuda no destacamento da gota, a massa da gota e a componente de aceleração vertical são os dois elementos principais. Apoia na soldadura ao baixo, tem comportamento contrário na soldadura em posição Força da Tensão superficial: Força que actua no sentido contrário ao destacamento da gota, varia em função do material e da temperatura a que se encontra a gota Modos de Transferência Força Electromagnética / Efeito de Pitch: Força que ajuda no destacamento da gota, a ordem de grandeza da corrente é o principal elemento, quanto maior mais fácil o destacamento e menor a dimensão da gota. Atenção que no modo de transferência Globular no MIG/MAG (DC+), esta força pode ter comportamento de fixação da gota em vez de apoiar o destacamento (criação da mancha anódica e respectiva força de reacção) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 76 / 117

39 Modos de Transferência Força do Jacto de Plasma: Força que ajuda no destacamento da gota, é função da velocidade de deslocação do gás e da dimensão da gota. Força de Vaporização: Força que actua no sentido contrário ao destacamento da gota, varia em função do material e dos níveis de corrente. Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 77 / 117 Modos de Transferência - Transferência por Curto-Circuito Caracterizada por: Baixa Tensão e Intensidade Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 78 / 117

40 Modos de Transferência - Transferência por Curto-Circuito Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 79 / 117 Modos de Transferência - Transferência por Curto-Circuito Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 80 / 117

41 Modos de Transferência - Transferência Globular Caracterizada por: Média Tensão e Intensidade Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 81 / 117 Modos de Transferência - Transferência Globular Caracterizada por: Muitos salpicos e pode originar curto-circuitos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 82 / 117

42 Modos de Transferência - Transferência por Spray Caracterizada por: Elevada Tensão e Intensidade Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 83 / 117 Modos de Transferência - Transferência por Spray ou chuveiro e Pulverização axial (pulsado) ou drop srpay Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 84 / 117

43 Modos de Transferência - Transferência Pulsado Spray Caracterizada por: Existência de uma corrente pulsada Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 85 / 117 Modos de Transferência Spray e Rotacional Rotacional é um spray a elevadas densidades de energia Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 86 / 117

44 Modos de Transferência Comparação entre Modos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 87 / 117 Modos de Transferência Comparação entre Modos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 88 / 117

45 Modos de Transferência Comparação entre Modos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 89 / 117 Modos de Transferência Comparação entre Modos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 90 / 117

46 Modos de Transferência Aplicações Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 91 / 117 Automatizações Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 92 / 117

47 Automatizações Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 93 / 117 Automatizações Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 94 / 117

48 Chanfros / Juntas Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 95 / 117 Chanfros / Juntas Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 96 / 117

49 Limpeza mecânica: Limpeza dos Chanfros / Juntas Óxidos, limalhas e arestas de corte, tintas, galvanizado Limpeza química (das peças e do fio): Gorduras, óleos, massas lubrificantes Remoção da húmidade Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 97 / 117 Técnicas Operatórias (1 de 4) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 98 / 117

50 Técnicas Operatórias (2 de 4) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 99 / 117 Técnicas Operatórias (3 de 4) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 100 / 117

51 Técnicas Operatórias (4 de 4) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 101 / 117 Imperfeições Típicas: Faltas de Fusão (Colagens)/Penetração Preparação, Parâmetros Porosidade Gorduras, Falta de Protecção, Controlo de Altura de Arco Inclusões de Escória Limpeza, Parâmetros Bordos Queimados Parâmetros, Técnica Operatória Fissuração Frio/Quente Problemas Metalurgicos Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 102 / 117

52 Imperfeições Típicas Cordão Adequado Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 103 / 117 Imperfeições Típicas Sobre-espessura Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 104 / 117

53 Imperfeições Típicas Falta de Enchimento Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 105 / 117 Imperfeições Típicas Raíz Faltas de Fusão e Sobreespessura Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 106 / 117

54 Imperfeições Típicas Raíz Falta de Penetração Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 107 / 117 Imperfeições Típicas Desalinhamento Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 108 / 117

55 Imperfeições Típicas Poros (RX) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 109 / 117 Imperfeições Típicas Inclusões (RX) Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 110 / 117

56 Imperfeições Típicas Inclusões Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 111 / 117 Imperfeições Típicas Colagens / Faltas de Fusão Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 112 / 117

57 Imperfeições Típicas Colagens / Faltas de Fusão Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 113 / 117 Imperfeições Típicas Fissuração a Quente Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 114 / 117

58 Imperfeições Típicas Fissuração por Efeito W/D Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 115 / 117 Imperfeições Típicas Fissuração a Frio Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 116 / 117

59 Imperfeições Típicas Arcos Parasitas Processo de Soldadura MIG/MAG Engenharia 117 / 117

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