3/10/2012 Agosto/2012 1

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2 GTAW Soldagem TIG 3/10/2012 2

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4 A Soldagem TIG (GTAW) O processo de soldagem Gas Tungsten Arc Welding - GTAW, ou soldagem TIG - Tungsten Inert Gas, como é mais conhecido atualmente, é um processo de soldagem a arco elétrico que utiliza-se de um arco entre um eletrodo não-consumível de tungstênio e a poça de soldagem. Conforme pode-se notar pela figura anterior, a poça de soldagem, o eletrodo e parte do cordão são protegidos através de um gás de proteção, que é injetado pelo bocal da tocha. Seu desenvolvimento deveu-se à necessidade de disponibilidade de processos eficientes de soldagem de materiais de difícil soldabilidade, tais como o alumínio, cobre e magnésio; notadamente na indústria da aviação, no começo da Segunda Grande Guerra Mundial. Sua berço de criação foi na Alemanha, onde o processo TIG é conhecido como WIG, sigla de Wolfranium Inert Gas. Assim, com o seu aperfeiçoamento, surgiu um processo de alta qualidade e relativo baixo custo, de uso em aplicações diversas, com inúmeras vantagens. 3/10/2012 4

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6 Soldagem TIG (GTAW) O processo TIG permite soldar uma série de tipos de materiais, com ou sem material de adição. Dependendo da aplicação da solda, é possível adicionar material à poça de fusão, nesse caso, o material deve ser compatível com o metal de base. Para isolar a região de soldagem dos contaminantes atmosféricos - Nitrogênio (N2), Oxigênio (O2), Dioxido de Carbono (CO2) - e umidade, que prejudicam as propriedades mecânicas da junta, são utilizados gases de proteção com características químico-físicas específicas (todos inertes), que também ajudam a formar e manter o arco elétrico estável. A altura do arco elétrico é controlada pela diferença de potencial (tensão) aplicada entre os eletrodos (assim como no caso do processo MIG/MAG), ou pela distância eletrodo peça, e sua intensidade pela corrente elétrica que se faz fluir através da coluna de gás ionizado (produção de arco sob ambiente plasmático). 3/10/2012 6

7 Soldagem TIG (GTAW) O eletrodo utilizado na soldagem TIG é o de tungstênio, que tem o maior ponto de fusão dos metais: 3400 o C, podendo este ser puro (99,9%) ou ainda ser ligado com outros materiais (sempre na forma de óxidos), geralmente: Cério (Ce), Lantânio (La), Tório (Th) e Zircônio (Zr). Além disso, o tungstênio é chamado termoiônico, porque tem facilidade de emitir elétrons ao ser aquecido, o que auxilia bastante a estabilidade do arco Os eletrodos de tungstênio puro têm a vantagem de apresentar menor custo e menor efeito de retificação quando utilizada a corrente alternada. Por outro lado, as desvantagens são a dificuldade na abertura do arco e menor durabilidade. Nos processos automatizado, exige-se que os eletrodos sejam ligados ao Zircônio (Zr). 3/10/2012 7

8 Vantagens Apresenta cordões de solda de alta qualidade; Ausência de escória no cordão; Ausência de respingos e faíscas; Pode ser empregado em todas posições; Ótimo para soldagem de pequenas espessuras; Ótimo desempenho na soldagem autógena; Ausência de fluxos e revestimentos sólidos; Aparência higiênica e cirúrgica da solda; Baixa sensibilização à corrosão intergranular; Baixa distorção, devido a sua alta energia de soldagem. 3/10/2012 8

9 Desvantagens Custo relativamente alto principalmente no caso da soldagem de alumínio, que há a necessidade de uma fonte geradora de alta frequência; Necessita de grande habilidade do soldado; Dificuldade na soldagem em campo influência do vento; Baixa mobilidade, devido a quantidade de acessório ser extensa; Alta incidência de luzes UV e IV; Inadequado para soldagem de chapas de mais de 10 mm. Baixa taxa de deposição. 3/10/2012 9

10 Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

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12 O Equipamento 3/10/

13 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

14 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) Fontes de soldagem TIG 3/10/

15 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) Controle de gás de proteção (Q e P) 3/10/

16 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) Conjunto Regulador + Manômetros (interno e trabalho) Conjunto Regulador + Manômetro + Fluxômetro 3/10/

17 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) Tocha 3/10/

18 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) Tochas TIG 3/10/

19 Equipamento para Soldagem TIG (GTAW) A tocha conduz a corrente e o gás inerte para a zona de soldagem; tem a extremidade revestida de material isolante a fim de ser manuseada com segurança pelo operador. A tocha serve como suporte do eletrodo de tungstênio e também fornece o gás de proteção. Dentro da tocha existe uma pinça que segura o eletrodo, e que deve ser selecionada de acordo com o diâmetro do eletrodo. As tochas, que suportam o eletrodo e conduzem o gás de proteção até o arco, são classificadas basicamente pelo seu mecanismo de refrigeração. As tochas refrigeradas a gás são mantidas na temperatura adequada pelo efeito de resfriamento causado pelo próprio gás de proteção. Estas tochas estão limitadas a uma corrente máxima de cerca de 200 A. Já as tochas refrigeradas a água, promovem a circulação de água, normalmente em circuito fechado, para refrigeração. Desta forma, pode-se dispor de tochas que suportam correntes de até 1000 A. 3/10/

20 Parâmetros de Soldagem 3/10/

21 Parâmetros de Soldagem Os parâmetros de soldagem são responsáveis pela qualidade do cordão de solda e o desenvolvimento do processo; assim, é preciso conhecer essas variáveis para escolher o procedimento adequado a cada tipo de trabalho. Os parâmetros a considerar no processo TIG são: Comprimento do arco; Velocidade de soldagem; Vazão do gás; Corrente de soldagem; Polaridade; 3/10/

22 Comprimento do Arco O comprimento do arco é a distância entre a ponta do eletrodo e o metal de base (o que no processo MIG/MAG, chamamos de Stick-out); o aumento do comprimento faz aumentar também a tensão do arco, sob uma dada corrente de soldagem e determinado gás de proteção. O comprimento do arco influencia diretamente no cordão de solda, que será tanto mais largo quanto maior for o arco. Um arco muito curto ou muito longo torna-se instável, favorecendo a formação de porosidades, mordeduras e falta de fusão. Em conseqüência, a penetração também será afetada, embora que discretamente. Maior distância Cordão mais largo Menor distância Cordão mais estreito 3/10/

23 Velocidade de Soldagem A velocidade de soldagem tem influência sobre a penetração e a largura do cordão de solda; assim, 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. Uma velocidade maior melhora a eficiência e a produtividade da soldagem, reduzindo os custos de produção; no entanto, velocidades altas demais podem causar descontinuidades, como falta de penetração e mordeduras. Menor velocidade de Maior velocidade de soldagem soldagem Cordão mais largo e Cordão mais estreito e maior a penetração menor a penetração 3/10/

24 Vazão do Gás de Proteção A vazão do gás é responsável pela proteção adequada do eletrodo e da poça de fusão garantindo soldas isentas de oxidação e porosidade. Seu valor ideal depende do tipo de metal a ser soldado, condições de ventilação do ambiente e nível de amperagem utilizado. Para que a proteção oferecida pelo gás seja eficiente, é preciso considerar a vazão do gás. A vazão deve ser forte o suficiente para deslocar o ar para longe da área da solda e assim proteger a poça de fusão; no entanto, uma vazão elevada pode causar turbulência no fluxo do gás, resultando em descontinuidade ou defeitos no cordão e instabilidade do arco, sem falar no custo maior de soldagem. 3/10/

25 Vazão do Gás de Proteção A vazão ideal leva em consideração fatores como: Tipo de gás utilizado; Distância entre o bocal e a peça; Tipo e posição da tocha; Tipo de junta; Diâmetro do bocal; Velocidade e posição de soldagem; Tipo de metal a ser soldado; Tamanho da poça de fusão. Uma vazão baixa não oferece proteção adequada à poça de fusão, causando também descontinuidades. Uma regra para determinar a vazão ideal é fazer um teste, iniciando com vazão elevada e diminuindo gradativamente até que comece uma oxidação superficial do cordão; a vazão ideal será a mais próxima e superior a essa. 3/10/

26 Corrente de Soldagem A corrente de soldagem pode-se considerar, de forma geral, que ela controla a penetração da solda, com efeito diretamente proporcional, além de influenciar na penetração de solda, a limpeza superficial dos óxidos da superfície do metal base e o desgaste do eletrodo de tungstênio. A corrente afeta também a tensão do arco, sendo que para um mesmo comprimento de arco, um aumento na corrente causará um aumento na tensão do arco. O ajuste da vazão de gás está relacionado com a intensidade de corrente ideal para os diferentes metais a soldar. Considerando o argônio como gás de proteção, a relação vazão/corrente pode ser mostrada em um quadro. Menor Corrente Cordão mais estreito e menor a penetração. Menor Corrente Cordão mais largo e maior a penetração 3/10/

27 Corrente de Soldagem 3/10/

28 Polaridade Quando se trabalha com CC, o ignitor de alta freqüência é usado apenas para abrir o arco e em seguida é desligado. Geralmente os aparelhos possuem um dispositivo que inibe as faíscas do ignitor quando o arco está aberto. Na soldagem com CC, o circuito pode ter o eletrodo ligado tanto ao pólo negativo quanto ao positivo. 3/10/

29 Corrente Contínua com Polaridade Direta Quando o eletrodo está ligado ao pólo negativo CC -, os elétrons fluem do eletrodo em altas velocidades, bombardeando o metal de base e provocando um aquecimento considerável nesse metal; a concentração de calor, portanto, é de aproximadamente 70% na peça e 30% no eletrodo. O cordão de solda obtido com CC, é estreito e com grande penetração. Este tipo de corrente é aplicado na soldagem de aço, cobre, aços inoxidaveis austeníticos (ao cromo-níquel) e ligas resistentes ao calor. 3/10/

30 Corrente Contínua com Polaridade Inversa Quando ligado ao pólo positivo, CC +, o eletrodo é positivo e o metal é negativo; os elétrons fluem do metal de base para o eletrodo, o qual se aquece e tende a fundir a extremidade. A concentração de calor é de aproximadamente 30% na peça e 70% no eletrodo. Por esta razão, a soldagem com CC + requer um eletrodo com diâmetro maior ou uma corrente mais baixa para evitar o superaquecimento e conseqüente fusão do eletrodo, que contamina a poça de fusão. Esse inconveniente torna a soldagem com CC + pouco utilizada, uma vez que não é viável para correntes elevadas. O cordão de solda obtido é largo, com pequena penetração. 3/10/

31 Corrente Alternada Teoricamente, uma soldagem com CA é uma combinação das soldagens com CC + e CC - A corrente assemelha-se a uma onda, cuja parte superior representa a polaridade positiva, ou CC +, e a inferior a negativa ou CC -. Os elétrons e os íons partem da peça para o eletrodo e vice-versa, causando uma concentração equilibrada de calor de 50% para cada um e um cordão com penetração média. A CA é aplicada na soldagem de alumínio, magnésio e suas ligas. Na soldagem com CA, o arco tende a extinguir quando a corrente é muito baixa ou nula, uma vez que a corrente cai a zero a cada inversão de polaridade; neste caso, o ignitor deve permanecer ligado para estabilizar a descarga elétrica. 3/10/

32 Corrente Alternada Quando se utiliza CA com eletrodo de tungstênio puro, acontece o efeito de retificação, que é a diferença de emissividade eletrônica existente entre o eletrodo de tungstênio puro e o material que está sendo soldado. Na CA, existe uma mudança cíclica do fluxo de elétrons, que ora se deslocam do eletrodo de tungstênio para a poça de fusão, ora saem da poça de fusão em direção ao eletrodo. Devido ao efeito de retificação, há um desbalanceamento nesse movimento, tornando a emissão de elétrons vindos da poça de fusão menor que a emissão de elétrons provenientes do eletrodo; isto provoca o aparecimento de duas senóides de intensidades diferentes. 3/10/

33 Corrente Alternada O efeito de retificação é mais prejudicial no caso da soldagem de alumínio e de magnésio, que apresentam óxido refratário, porque o fluxo de elétrons emitido pela poça de fusão não é suficiente para romper completamente a camada de óxido existente durante a soldagem. A fim de atenuar o efeito de retificação, utiliza-se um transformador com condensador-filtro, que equilibra as senóides representantes do fluxo de elétrons. 3/10/

34 Tensão A tensão do arco, designação dada para a tensão entre o eletrodo e a peça, é fortemente influenciada por diversos fatores, estes já citados como parâmetros: Corrente do arco; Perfil da ponta do eletrodo; Comprimento do arco (Distância entre o eletrodo e a peça); Tipo da gás de proteção; Como existe uma relação direta entre a tensão e o comprimento do arco, a tensão é usada para controlar o processo, pois uma vez fixados diversos outros parâmetros, a tensão do arco possibilita o controle do comprimento do arco, que é difícil de monitorar. Por sua vez, o comprimento do arco afeta diretamente a largura da poça. Apesar disso, na maioria dos processos com chapas, o comprimento do arco desejado é o menor possível. Este controle o comprimento do arco pela tensão, entretanto, deve ser feito de maneira cuidadosa, observando-se outros parâmetros que também afetam a tensão como contaminação do eletrodo e do gás de proteção, alimentação imprópria do material de adição, mudanças de temperatura no eletrodo e erosão do eletrodo. A velocidade de avanço afeta a penetração e a largura no processo, sendo esta última, porém, muito mais afetada. 3/10/

35 Quadro Resumo 3/10/

36 Consumíveis 3/10/

37 Classificação AWS do Eletrodo Os eletrodos para o processo TIG são varetas sinterizadas de tungstênio puro ou ligado ao Tório (Th), Zircônio (Zr), Lantânio (La) ou Cério (Ce), ambos na forma de óxidos. A classificação do eletrodo quanto à composição química encontra-se na norma ANSI/AWS A , apresentada no quadro. 3/10/

38 Classificação AWS do Eletrodo A norma AWS A estabelece um código para a identificação dos eletrodos conforme sua composição química. Segundo esse código, a letra E significa eletrodo; W é para wolfrâmio (ou tungstênio), o elemento químico de que é feito o eletrodo, X é o elemento químico adicionado ao eletrodo e P significa puro. Ex: AWS EWT 1 Eletrodo de Tungstênio, com adição 1 % de Tório (valor pode variar). 3/10/

39 Composição Química do Eletrodo Os elementos químicos adicionados ao eletrodo são importantes para permitir um desempenho melhor do processo de soldagem. Os eletrodos com adição de Zircônio (Zr) ou Tório (Th) apresentam vantagens, tais como maior durabilidade, maior resistência com potências elevadas e melhores propriedades de ignição. Por outro lado, as desvantagens, quando se utiliza corrente alternada, são o custo maior, maior efeito de retificação e menor estabilidade do arco. 3/10/

40 Composição Química do Eletrodo EWC é o eletrodo de tungstênio com óxido de cério (Ceo3), conhecido como Céria. Este tipo de eletrodo apresenta maior facilidade de ignição, melhor estabilidade do arco, reduzida taxa de vaporização ou queima e trabalha muito bem com corrente alternada ou contínua, em qualquer polaridade; estas vantagens aumentam com o aumento de quantidade de Céria. EWL é o eletrodo de tungstênio que contém 1% de óxido de lantânio (LaO3), conhecido como Lantânia; as características de operação e vantagens deste eletrodo são muito similares às do eletrodo com Céria. EWT é o eletrodo que contém óxido de tório (ThO3), conhecido como tória; a tória é responsável pelo aumento de vida útil do eletrodo em relação aos eletrodos de tungstênio puro devido a sua alta emissão de elétrons, melhor ignição e estabilidade do arco. Estes eletrodos têm maior vida útil e apresentam grande resistência a contaminantes de tungstênio na solda. EWZ é o eletrodo com adição do óxido de zircônio (ZiO3), conhecido como zircônia; este eletrodo é o preferido para aplicações nas quais a contaminação por tungstênio deve ser minimizada. O eletrodo com zircônia tem bom desempenho quando usado com corrente alternada e apresenta alta resistência a contaminação. 3/10/

41 Preparação do Eletrodo A preparação do eletrodo (angulação e afiação) sempre é definida conforme a corrente utilizada na soldagem, bem como o diâmetro do eletrodo. Essa preparação é feita por meio de esmerilhamento (com rebolo de oxido de Silício SIO3) da ponta, sempre no sentido longitudinal, para facilitar o direcionamento dos elétrons. Em casos especiais, as marcas do esmerilhamento são retiradas por meio de polimento. Na soldagem com corrente contínua, a ponta do eletrodo deve ser pontiaguda. O cone correto da ponta pode ser obtido por uma norma prática: a altura do cone deve ser 2 (duas) vezes a 2 (duas) vezes e meia o diâmetro do eletrodo. No caso de soldagem com corrente alternada, a ponta do eletrodo deve ser ligeiramente arredondada. 3/10/

42 Preparação do Eletrodo C.C. C.A. 3/10/

43 Seleção do Eletrodo Conforme Parâmetros A escolha do tipo e do diâmetro do eletrodo deve levar em consideração a espessura e o tipo do material, o tipo de junta, o número de passes e os parâmetros de soldagem, como amperagem e tensão, além da composição química do eletrodo. Um quadro auxilia a seleção do eletrodo: 3/10/

44 Seleção do Eletrodo Conforme Parâmetros 3/10/

45 Metal de Adição O metal de adição para soldagem TIG é geralmente apresentado sob forma de varetas com cerca de 1 metro de comprimento. No caso de soldagem mecanizada, utilizam-se bobinas de fio enrolado. Os diâmetros dos fios e das varetas obedecem a um padrão que varia entre 0,5 mm e 5 mm. Os materiais e ligas utilizados na confecção das varetas são variados; classificam-se segundo sua composição química e de acordo com as propriedades do metal depositado. É importante que o metal de adição esteja isento de umidade, oleosidade e oxidação. A escolha do metal de adição leva em consideração fatores como: similaridade com o metal de base, composição química, propriedades mecânicas e custos razoáveis. O diâmetro do fio ou da vareta deve corresponder à espessura das peças a soldar ou à quantidade de material que será depositada. Estas informações encontram-se disponíveis nos catálogos dos fabricantes. Os consumíveis utilizados como metal de adição na soldagem TIG são especificados segundo normas que definem as características do arame, as propriedades mecânicas desejadas, ensaios recomendados, dados de identificação, garantia do fabricante, condições de aceitação e embalagem. 3/10/

46 Classificação AWS do Metal de Adição 3/10/

47 Classificação AWS do Metal de Adição A especificação AWS A5.18 prescreve os requerimentos para a classificação de eletrodos sólidos ou compostos (arame tubular com núcleo metálico metal cored) e varetas para os processos GMAW, GTAW e PAW na soldagem de aço carbono. A Especificação AWS A5.9 se aplicam a arames, varetas, fitas e eletrodos compostos de aços inoxidáveis. O teor de Cr cromo destes consumíveis é no mínimo de 10,5%. ER designa eletrodo na forma de arame ou vareta. XX designa o limite de ruptura no ensaio de tração em Ksi. Y este dígito indica a forma construtiva: S designa eletrodo sólido e C designa eletrodo composto. X designa a faixa de composição química. 3/10/

48 Classificação AWS do Metal de Adição 3/10/

49 Principais Varetas Utilizadas na Soldagem de Aços Inoxidáveis 3/10/

50 Principais Varetas Utilizadas na Soldagem de Aços Inoxidáveis 3/10/

51 Gases de Proteção Os gases de proteção utilizados no processo TIG são os inertes, isto é, que não reagem com o eletrodo nem com a poça de fusão; como exemplos citam-se o argônio (Ar), mais utilizado, o hélio (He) ou uma mistura de ambos. Os gases de proteção do processo TIG devem ter um grau de pureza de 99,99%, no mínimo, para que a solda apresente a qualidade desejada. O teor de umidade também é um fator importante que deve ser controlado. A escolha do gás depende de fatores como tipo de metal que se quer soldar, espessura das peças e posição de soldagem. As misturas de argônio e hélio, respectivamente 70% e 30% e 30% e 70%, são as que apresentam os melhores resultados na soldagem de metais não ferrosos, como alumínio, magnésio e ligas. As misturas argônio e hidrogênio (8% em geral) são as mais utilizadas em soldagem TIG manual e automática dos aços inoxidáveis. 3/10/

52 As Funções dos Gases de Proteção A principal função de um gás de proteção no processo TIG é excluir os gases da atmosfera que podem contaminar a poça de fusão, o eletrodo e a parte aquecida da vareta de adição. Os gases são definidos, regidos e classificados pela AWS A5.32. A escolha do gás é importante porque influencia a velocidade de soldagem, na penetração, no acabamento e na estabilidade do arco. 3/10/

53 Gases de Proteção 3/10/

54 Gases de Proteção 3/10/

55 Argônio (Ar) O Argônio (Ar) é um gás, sendo o terceiro elemento da classe dos gases nobres. É incolor e inerte, constituindo cerca de 1% do ar atmosférico. É sem sobra de dúvidas o gás mais utilizado na soldagem TIG, frente a diversas propriedades tolerantes e frente a sua versatilidade. O emprego do gás argônio no processo TIG apresenta algumas vantagens, como: Uma boa estabilidade do arco; Baixo consumo do gás; Baixas tensões de arco; Custo baixo do processo; Facilidade na abertura do arco; Melhor efeito de limpeza de óxidos quando usada a corrente alternada. Por ser mais pesado que o ar, o argônio forma uma eficiente cortina de proteção ao redor da poça de fusão. 3/10/

56 Hélio (He) O hélio (He) é um gás monoatômico, incolor e inodoro. Tem o menor ponto de evaporação de todos os elementos químicos, e só pode ser solidificado sob pressões muito grandes. É o segundo elemento químico na tabela periódica, e está em segundo lugar entre os gases em maior abundância no universo, atrás do hidrogênio (H). O gás hélio (He) empregado no processo TIG apresenta consumo alto, pois é um gás mais leve que o ar; sua densidade baixa provoca a subida do gás em turbulência, prejudicando a proteção da poça de fusão, por isso, o fluxo do hélio deve ser de 2 a 3 vezes maior que a do argônio. O hélio requer altas tensões de soldagem, o que demanda maior energia para uma mesma corrente e comprimento de arco; permite grande penetração do cordão de solda; apresenta custo alto, mas, em contrapartida, possibilita maior velocidade no caso de soldagem automática de alumínio e suas ligas. Em soldagem automática de alumínio e suas ligas, o gás hélio puro pode ser utilizado com corrente contínua e polaridade negativa. 3/10/

57 O Processo 3/10/

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59 Limpeza da Junta A preparação de junta a ser soldada é fundamental para a obtenção de soldas de alta qualidade. O processo TIG por não ser eficiente na desoxidação e limpeza da poça de fusão, exige uma limpeza rigorosa da junta, retirando-se resíduos de óleo, graxa, fuligem etc. As bordas devem estar ao metal brilhante e quando necessário é feita a proteção com um gás inerte, geralmente o próprio argônio. Na contra solda em passes de raiz, como na soldagem de tubulações de aços inoxidáveis, é necessário ainda a utilização de purgas, de modo a garantir total proteção da poça de fusão, e ainda garantir a constante limpeza da junta. A limpeza deve ser efetuada por meio de escovas (mecânicas ou manuais), discos de lixa, discos abrasivos ou qualquer outro meio de lixamento. Uma atenção especial deve ser tomada quanto a possibilidade de contaminação destes meios de preparo na junta, o que pode vir ocasionar problemas na junta soldada!!! 3/10/

60 Posicionamento da Tocha Posicionamento da tocha para soldagem plana Posicionamento da tocha para soldagem em ângulo 3/10/

61 Alimentação e Progressão da Solda 3/10/

62 Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

63 Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

64 Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

65 Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

66 Soldagem TIG (GTAW) 3/10/

67 Fim!!! 3/10/