Efeito dos Gases na Proteção da Soldagem

Gás Carbônico (CO2):

O dióxido de carbono, representado por CO2, é um gás ativo, porque o calor do arco o dissocia em monóxido de carbono e oxigênio livre, conforme equação 3.1 [18]. Este oxigênio se combina com elementos em transferência através do arco para formar óxidos que são liberados da poça de fusão na forma de escória ou carepa. Embora o CO2 seja um gás ativo e oxidante, soldas íntegras podem ser consistentes e facilmente obtidas sem a presença de porosidades e outras descontinuidades.

2CO2  2CO + O2 [3.1] Este gás, por estar presente em pequenas quantidades no ar atmosférico, é produzido comercialmente por reações químicas, como a combustão. Sua popularidade é decorrente da sua disponibilidade e a boa qualidade da solda.

O CO2 é muito utilizado na soldagem GMAW em misturas binárias e ternárias. É um gás largamente aplicado na soldagem de aços. É utilizado puro normalmente na soldagem de aços

Elemento 1º Potencial de ionização (eVa) Densidade (kg/m3)

Argônio 15,75 1,784 Hélio 24,58 0,178 Hidrogênio 13,59 0,083 Nitrogênio 14,54 1,161 Oxigênio 13,61 1,326 Dióxido de carbono _ 1,977

de baixo carbono. A sua alta capacidade de troca de calor e sua energia liberada na recombinação faz transferir mais calor para o metal base, quando comparado com o argônio puro, o que profere conseqüentemente maior penetração no metal de base, conforme ilustrado na Figura 3.5. Também demanda uma maior tensão para manter o arco aberto e o usuário deve ficar atento a este detalhe ao regular o equipamento para passar a soldar com proteção mais rica em CO2.

FIGURA 3.5 - Perfis de penetração e de transferência típicos na soldagem GMAW com Ar e CO2. Figura adaptada.

Fonte: AWS Welding Handbook, 2004.

No entanto, nem sempre o emprego do gás CO2 se traduz como baixo custo por metro linear de solda, pois dependendo da aplicação e combinação, a baixa eficiência que o CO2 proporciona – causada pela perda de carga – influencia no custo final de solda [11].

O dióxido de carbono não permitirá uma transferência metálica por spray. Por isso, os modos de transferência do metal ficam restritos ao curto-circuito e à transferência globular. Com o CO2, grandes velocidades de soldagem são obtidas, além de grande penetração. Como limitação, a transferência globular proporciona alto índice de geração de respingos. A superfície da solda gerada resultante da proteção com o CO2 puro é, na maioria dos casos, fortemente oxidada. Neste caso, o arame de solda contendo elementos desoxidantes é necessário, para compensar a natureza reativa do gás. De um modo geral, boas propriedades mecânicas podem ser obtidas com o CO2. O argônio é misturado freqüentemente com o CO2 para balancear as características de desempenho do CO2 puro e redução de respingos. Se as propriedades de impacto tiverem que ser maximizadas, são recomendadas misturas de dióxido de carbono e argônio. A Figura 3.6 mostra a relação de mistura do gás de proteção, evidenciando uma relação direta do aumento de CO2 na composição com o aumento de respingos.

FIGURA 3.6 - Redução do nível de respingos com a redução do teor de CO2 no gás de proteção Fonte: Dillembeck, 1987.

Argônio (Ar):

O argônio, representado pelo símbolo Ar, é inerte, incolor, inodoro e não tóxico. Possui baixo potencial de ionização, o que lhe confere uma excelente condução da corrente e uma estabilidade de arco superior. Possui densidade maior do que o ar atmosférico e com baixas vazões tem-se uma boa proteção, gerando-se pouca turbulência no arco, além de uma proteção eficiente na posição plana [14; 10], caracterizando-se por ser o gás mais utilizado no GMAW, seja puro ou em mistura binária. As soldas realizadas com este gás de proteção alcançam boa soldabilidade, boa produtividade, e adquirem boas propriedades mecânicas.

Extraído do ar atmosférico, onde está presente com cerca de 1% em volume, este gás inerte possui um custo relativamente baixo. O Ar comercialmente puro, com baixíssimo teor de impurezas, só é utilizado para soldagem de materiais não ferrosos e reativos (devido ao potencial de oxidação quase nulo), como as ligas de alumínio, níquel, ligas de cobre, de magnésio, titânio e tântalo (os dois últimos com argônio de maior pureza).

O argônio é empregado puro em materiais não ferrosos como no alumínio, ligas de níquel, ligas de cobre e materiais reativos que incluem o zircônio, titânio e tântalo. O argônio proporciona excelente estabilidade ao arco no modo de transferência por spray, boa

penetração e ótimo perfil do cordão de soldagem desses metais. Segundo [11] para soldas de materiais com pequenas espessuras em curto-circuito, é viável também a sua utilização. Quando usado na soldagem de metais ferrosos, o argônio é normalmente misturado a outros gases, como por exemplo, o CO2, O2, H2, N2 e/ou He. Desta forma, garante-se a estabilidade do arco pelo facilitamento da emissão por campo [03]. A baixa capacidade de troca de calor do Ar e um baixo potencial de ionização favorecem a soldagem com transferência goticular com elongamento no GMAW e menores penetrações, como ilustrado na Figura 3.6.

Acredita-se que o uso do argônio puro ou em mistura facilita a formação de ozônio (O3) na região próxima ao arco, gás este muito tóxico e se torna um problema que diz respeito à segurança do trabalho [10; 19].

De uma maneira mais geral, as soldas realizadas sob a proteção de misturas ricas em gás argônio e com pouco dióxido de carbono têm maior probabilidade de apresentar resultados satisfatórios quando o foco está mais voltado para regularidade da transferência metálica e geração de respingos, como passe de raiz, chapas finas. Por outro lado, o CO2 é tradicionalmente visto como o gás de menor custo, podendo, assim, surgir barreiras à adoção de misturas com argônio [10].

O gás de proteção representa uma fatia pequena dos custos da soldagem GMAW e estudos em misturas mais eficientes acarretam de forma geral em aumento de produtividade da mão-de- obra e impactam significativamente no custo geral da produção [16; 20; 21].