Processos de Soldagem Soldagem TIG

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1 Processos Soldagem TIG Na soldagem TIG - Tungsten Inert Gás (GTAW), a união de metais ocorre por meio do aquecimento e fusão destes com um arco elétrico, estabelecido entre a extremidade de um eletrodo não consumível de tungstênio puro ou de ligas a base de tungstênio e o metal de base. O arco elétrico do processo resulta da passagem da corrente elétrica através do próprio gás de proteção, fato que ocorre quando o mesmo é submetido a uma determinada diferença de potencial (voltagem) sofrendo o que chamamos de ionização. As cargas elétricas positivas, íons, irão para o polo negativo e as negativas, elétrons, para o polo positivo, estabelecendo-se assim o arco, como mostra a figura 1. Figura 1: Arco elétrico no processo de soldagem TIG. Página 1

2 As variáveis que mais afetam o processo de soldagem TIG são as variáveis elétricas: corrente, tensão e características da fonte de energia. Essas variáveis interferem na quantidade, distribuição e no controle de calor produzido pelo arco, além de desempenharem um papel importante na estabilidade do próprio arco e na remoção de óxidos refratários da superfície de alguns metais leves e suas ligas (como por exemplo o alumínio). Equipamentos A soldagem TIG é usualmente um processo manual, mas também pode ser automatizado. O equipamento completo de soldagem utilizado na engloba: Uma porta eletrodo denominado pistola ou tocha, dotado de um bocal refratário e um difusor por onde o gás de proteção passa e é direcionado ao redor do arco. Um bico de contato interno a tocha contém, e ao mesmo tempo transfere, a corrente elétrica para o eletrodo de tungstênio; Um suprimento de gás de proteção; Um fluxímetro e regulador de pressão do gás; Uma fonte de energia, com características volt-ampere idênticas às do eletrodo revestido; Uma fonte de alta frequência. Um suprimento de água de refrigeração, se a pistola for refrigerada a água. Página 2

3 As figuras 2 e 3 apresentam, respectivamente, o esquema de montagem e uma fotografia do equipamento utilizado na soldagem pelo processo TIG. Figura 2: Esquema de montagem do equipamento para soldagem TIG. Figura 3: Equipamento para soldagem TIG. Página 3

4 Consumíveis Os consumíveis de soldagem utilizados no processo TIG são de 2 tipos: os metais de adição e os gases de proteção. Metais de Adição Uma ampla variedade de metais e ligas estão disponíveis para utilização como metais de adição no processo de soldagem TIG. Os metais de adição geralmente são similares ao metal de base quanto à composição química. Gases de Proteção Os gases de proteção comumente empregados para soldagem TIG são: o gás Argônio (Ar), o gás Hélio (He) ou uma mistura destes dois gases. O Argônio é muitas vezes preferido em relação ao Hélio porque apresenta algumas vantagens, tais como: Ação do arco mais suave e sem turbulências. Menor tensão no arco para uma dada corrente e comprimento de arco. Maior ação de limpeza na soldagem de materiais como alumínio e magnésio, em corrente alternada. Menor custo e maior disponibilidade. Menor vazão de gás para uma boa proteção (na posição plana). Melhor resistência a corrente de ar transversal. Mais fácil à iniciação do arco. Página 4

5 O uso do Hélio como gás de proteção, resulta em uma tensão de arco mais alta para um dado comprimento de arco e mesma corrente, em relação ao Argônio, produzindo mais calor. Por esse motivo, o Hélio é o gás recomendado para a soldagem de materiais espessos, especialmente metais de alta condutividade térmica, como o alumínio, o cobre e suas ligas. Por outro lado, a densidade do Hélio é menor que a do Argônio, o que requer maiores vazões de gás para se obter um arco mais estável e uma proteção adequada da poça de fusão, durante a soldagem na posição plana. Isso acaba resultando num substancial aumento do custo na soldagem, restringindo a utilização do Hélio como gás de proteção. Eletrodos Os eletrodos de tungstênio utilizados na soldagem TIG possuem diferentes classificações e os requisitos destes constam na norma AWS A 4.12, com as seguintes especificações: EWP - Tungstênio puro (99,5%). EWCe 2 -Tungstênio com 1,8 a 2,2% de Ce O 2. EWLa -1 -Tungstênio com 0,9 a 1,2% de La 2 O 3. EWTh -1- Tungstênio com 0,8 a 1,2% de ThO 2. EWTh -2- Tungstênio com 1,7 a 2,2% de ThO 2. EWG - Tungstênio (94,5%) com adição de alguns elementos não identificados. Página 5

6 A adição de tório e zircônio ao tungstênio, permite a este, emitir elétrons mais facilmente quando aquecido. Características e Aplicações O processo de soldagem TIG é aplicado principalmente para soldagem de seções finas uma vez que o arco elétrico apresenta elevada potência, por concentrar muita energia (calor) numa pequena área do metal de base para a qual está sendo dirigido, causando o rápido aparecimento da poça de fusão. Por ser um processo extremamente localizado, o restante do metal de base permanece numa temperatura relativamente baixa, próxima à temperatura ambiente, resultando em pouquíssimo ou, mais frequentemente, nenhum empeno na junta soldada. No processo TIG, com a devida regulagem dos parâmetros elétricos, o soldador consegue facilmente manter o arco estável durante a soldagem. O ótimo controle do arco e, consequentemente da poça de fusão, aliado ao controle da adição da vareta de solda e de pouquíssimos fumos de soldagem, favorece ao soldador ótima visão e um perfeito domínio para executar com precisão soldas regulares e de excelente acabamento. A soldagem TIG pode também ser utilizada para unir paredes espessas de chapas e tubos de aço e de ligas metálicas; possibilita soldar alumínio, magnésio, titânio, cobre e aços inoxidáveis, como também Página 6

7 metais de soldagem difícil e outros de soldagem relativamente fácil como os aços carbono. É usado tanto para soldagem de metais ferrosos como de não ferrosos. Os passes de raiz de tubulações de aço carbono e aço inoxidável, especialmente aquelas de aplicações críticas, são frequentemente soldadas pelo processo TIG. Embora a soldagem TIG, por ser o mais lento dos processos manuais (resultando em baixa produtividade), tenha um custo de produção de soldas relativamente alto, esse fato é compensado pela possibilidade de soldar diversos tipos de metais, incluindo juntas de metais dissimilares, em todos os tipos de juntas, posições de soldagem e, numa ampla faixa de espessuras, resultando em soldas de alta qualidade e resistência. No processo de soldagem TIG não ocorrem projeções, respingos, e há pouquíssima ou nenhuma geração de fumos durante a soldagem; o cordão de solda é suave e uniforme não requerendo normalmente nenhum acabamento posterior. Além disso, a soldagem TIG propicia a execução de soldas de alta qualidade na maioria dos metais e ligas. Não há nenhuma escória e o processo pode ser usado em todas as posições. No entanto, esse processo é o mais lento dos processos manuais. Página 7

8 As figuras 2 e 3 mostram exemplos de aplicações da soldagem TIG. Figura 2: Exemplo de aplicação do processo TIG - soldagem de chapa. Figura 3: Exemplo de aplicação do processo TIG - Recuperação de defeitos localizados. Página 8

9 A corrente na soldagem TIG A corrente usada na soldagem TIG pode ser alternada ou contínua. Com a corrente contínua pode-se usar polaridade direta ou inversa. Entretanto, visto que a polaridade direta produz o mínimo de aquecimento no eletrodo e o máximo de aquecimento no metal de base, eletrodos menores podem ser usados, obtendo-se profundidade de penetração ainda maior do que a obtida com polaridade inversa ou com corrente alternada. Quando se deseja baixa penetração, deve-se optar pela situação que leva ao aquecimento mínimo do metal de base, usando-se a polaridade inversa ou corrente alternada. Na soldagem de alumínio a corrente utilizada é alternada, sendo necessário um dispositivo de alta frequência que está normalmente embutido no equipamento. A Figura 4 mostra algumas características dos variados tipos de corrente na soldagem TIG. Página 9

10 Figura 4: Características dos tipos de corrente na soldagem TIG A despeito das vantagens citadas, é conveniente lembrar que a soldagem TIG, para ser bem sucedida, requer uma excepcional limpeza das juntas a serem soldadas e um treinamento rigoroso do soldador considerando-se que na maioria das aplicações emprega-se o processo manual. Outra consideração diz respeito ao ângulo da ponta do eletrodo de tungstênio (ângulo do cone), pois a conicidade afeta a penetração da solda. No entanto, essa preparação só ocorre para soldagem com corrente contínua de polaridade direta. Na corrente alternada, a ponta do eletrodo assume uma forma arredondada. Página 10

11 Se o ângulo de preparação da extremidade do eletrodo for diminuído (ponta mais aguda), a largura do cordão tende a aumentar e a penetração diminui (ver figura 5). Figura 5: Efeito do ângulo da extremidade do eletrodo. Caso a ponta do eletrodo esteja muito aguda, a densidade de corrente elétrica aumenta e a extremidade deste pode atingir temperaturas superiores ao ponto de fusão do eletrodo, quando então partículas de tungstênio irão se desprender do eletrodo passando a fazer parte da poça de fusão. Ocorrendo o desprendimento de tungstênio, teremos Página 11

12 inclusão metálica no metal de solda o que normalmente é considerado defeito de soldagem. A faixa de espessura para soldagem TIG (dependendo da intensidade e do tipo de corrente, diâmetro do eletrodo, diâmetro da vareta ou arame, metal de base, e do gás selecionado) varia de 0,1 mm a 50 mm. Quando a espessura excede 5 mm, precauções devem ser tomadas para controlar o aumento de temperatura, na soldagem multipasses. A taxa de deposição, que depende dos mesmos fatores listados para espessura, pode variar de 0,2 a 1,3 kg/h. Preparação e Limpeza das Juntas A preparação e a limpeza das juntas para a soldagem TIG requerem todos os cuidados exigidos para a soldagem com eletrodo revestido e mais: A limpeza do chanfro e bordas deve ser ao metal brilhante, numa faixa de 10 mm, pelos lados interno e externo. Normalmente após o esmerilhamento, dependendo do metal de base, deve ser utilizado solvente desengordurante do tipo acetona. Página 12

13 Quando da deposição da raiz da solda deve ser empregada a proteção, por meio de gás inerte, pelo outro lado da peça (reverso da junta). O gás injetado no reverso para proteção da raiz da solda é denominado gás de purga. Para os aços carbono não é necessário esse tipo de proteção. Descontinuidades Induzidas pelo Processo Com exceção da inclusão da escória, a maioria das descontinuidades que podem ocorrer nos outros processos de soldagem podem ser encontradas na soldagem TIG. A seguir, são listadas as principais descontinuidades com as suas respectivas causas. Porosidade Pode ocorrer devido à limpeza inadequada do chanfro ou a impurezas contidas no metal de base ou de adição ou ainda por deficiências no suprimento do gás. Falta de fusão Pode acontecer por utilização da técnica de soldagem inadequada: como a penetração do arco na soldagem TIG é relativamente pequena, devem ser especificadas somente juntas adequadas ao processo. Página 13

14 Inclusão de tungstênio Podem resultar de um contato acidental do eletrodo de tungstênio com a poça de fusão; ou de um ângulo de ponta do eletrodo muito agudo; ou ainda, do emprego de corrente excessiva para o diâmetro do eletrodo. A extremidade quente do eletrodo de tungstênio pode fundirse, transformando-se numa gota de tungstênio que é transferida à poça de fusão, produzindo assim uma inclusão de tungstênio na solda. A aceitabilidade ou não dessas inclusões depende do código que rege o serviço que está sendo executado. Trincas As trincas no processo TIG ocorrem, em sua maioria por fissuração a quente, podendo ser classificadas como trincas longitudinais e trincas de cratera (Trincas longitudinais ocorrem em depósitos feitos em alta velocidade, enquanto que Trincas de Cratera, na maioria das vezes, são devidas a corrente de soldagem imprópria). As trincas devidas ao hidrogênio (fissuração a frio), quando aparecem, são decorrentes de umidade no gás inerte. Página 14

15 Condições de Proteção Individual Na soldagem TIG, a quantidade de radiação ultravioleta liberada é muito alta. Partes da pele diretamente expostas a tais radiações queimam-se rapidamente, o que exige precauções específicas. Além disso, na soldagem TIG a proteção dos olhos é fundamental. Outra característica da radiação ultravioleta é a sua capacidade de decompor solventes, com a liberação de gases tóxicos. Em ambientes confinados, deve-se cuidar para que não haja solventes nas imediações. Você estudou neste texto que na soldagem TIG, a união dos metais ocorre por meio do aquecimento e fusão destes com um arco elétrico, estabelecido entre a extremidade de um eletrodo não consumível de tungstênio puro ou de ligas a base de tungstênio e o metal de base. Estudou que o processo de soldagem TIG é aplicado principalmente para soldagem de seções finas uma vez que o arco elétrico apresenta elevada potência, por concentrar muita energia (calor) numa pequena área do metal de base para a qual está sendo dirigido, causando o rápido aparecimento da poça de fusão. Com relação à aplicação do processo de soldagem TIG, você aprendeu que ele pode também ser utilizado para unir paredes espessas de chapas e tubos de aço e de ligas metálicas; possibilita soldar alumínio, magnésio, titânio, cobre e aços inoxidáveis, como também metais de soldagem difícil e outros de soldagem relativamente fácil como os aços Página 15

16 carbono. Você aprendeu também que, por ser o mais lento dos processos manuais (resultando em baixa produtividade), o Processo TIG tem um custo de produção relativamente alto, mas que esse fato é compensado pela possibilidade de soldar diversos tipos de metais, incluindo juntas de metais dissimilares, em todos os tipos de juntas, posições de soldagem e, numa ampla faixa de espessuras, resultando em soldas de alta qualidade e resistência. Teste agora o seu nível de compreensão do texto respondendo às questões de revisão sobre Soldagem TIG. Caso seja necessário releia o texto e/ou recorra aos tutores para resolver suas dúvidas. Questões de Revisão 1- Em que consiste o processo TIG? 2- Sabe-se que o processo TIG é usualmente manual, contudo também pode ser automático. Mesmo variando em seu procedimento, essa soldagem engloba uma série de equipamentos para sua realização. Informe todos os equipamentos envolvidos nesse tipo de soldagem. 3- Na soldagem TIG os três tipos de Consumíveis utilizados são os metais de adição, varetas e gases de proteção. No que diz respeito a esses consumíveis: Página 16

17 a) O que há em comum, neste tipo de soldagem, entre os Metais de Adição e os metais de base? b) Quais são os Gases de Proteção usualmente empregados nessa soldagem? c) Apresente as vantagens e diferenças que há entre a utilização do gás Argônio e do gás Hélio. 4- As Características e Aplicações do processo TIG apresentam peculiaridades que o diferencia de outros processos de soldagem. Desse modo, descreva essas peculiaridades levando em consideração os seguintes itens: a) Aplicabilidade. b) Vantagem ao profissional. c) Usabilidade. d) Custeamento 5- A soldagem TIG, assim como outros tipos de soldagem, necessita de corrente elétrica para seu funcionamento. No caso da Soldagem TIG são dois tipos de Corrente Elétrica que podem ser empregadas no processo. a) Qual o tipo de ligação utilizado para se obter alta e baixa penetração? Justifique sua resposta. b) O que acontece com o ângulo da ponta do eletrodo de tungstênio em soldagem com corrente contínua de polaridade direta e corrente alternada? c) O que gera a inclusão metálica no metal de solda normalmente considerado como defeito de soldagem. Página 17

18 6- A soldagem TIG requer cuidados quanto à preparação e limpeza das juntas. Explicite quais são esses cuidados exigidos para a soldagem. 7- Exponha as principais descontinuidades com suas respectivas causas que podem ocorrer na soldagem TIG. 8- Nos trabalhos com processos TIG é preciso adotar certos cuidados com relação às Condições de Proteção Individual. Explique quais consequências esse tipo de soldagem pode acarretar ao soldador e quais são as precauções que esse profissional deve adotar. Página 18