Hoje, a nível mundial, a soldagem manual com eletrodos revestidos tende a perder terreno para os processos automáticos e semi-automáticos. É estimado que este processo deverá responder por 30 a 35% do consumo de eletrodos nos próximos anos, sendo que 18% deste total correspondem à soldagem de manutenção, onde o processo manual, na maioria das vezes, é insubstituível.
No Brasil o uso do processo manual ainda deve responder por alguma coisa em torno de 70% do consumo de eletrodos. Portanto, a tendência é de queda nos próximos anos, com a substituição por processos mais econômicos e de maior produção tais como os de proteção gasosa.
4. Soldagem automática ou semi-automática ao arco elétrico com proteção gasosa.
4.1 Processo MIG/MAG "Metal Inert Gaz” / “Metal Active Gaz"
4.1.1 Introdução
Trata-se de um processo ao arco elétrico onde o arame de solda é alimentado automaticamente, funcionando também como eletrodo. O arco elétrico é formado em um gás, alimentado em volta do eletrodo, que tem a finalidade principal de proteger a poça de fusão de qualquer contaminação. 4.1.2 Equipamento
Os principais componentes do sistema de soldagem MIG/MAG são: • A máquina de soldar (Fonte de energia).
• A unidade de alimentação do arame eletrodo com seus controles (Cabeçote). • A pistola de soldagem com seus cabos.
• O gás protetor e seu sistema de alimentação. • O arame eletrodo.
A figura a seguir mostra, de maneira simplificada, um equipamento para soldagem MIG/MAG. Este processo requer uma corrente contínua, cujo limite superior é de 500 A, para soldagem em todas as posições. A fonte de energia pode ser do tipo retificador ou gerador, com ciclo de trabalho elevado e tensão de saída regulável até 50V. As fontes de energia normalmente têm característica estática do tipo tensão constante.
O cabeçote leva o arame desde seu carretel até o arco de soldagem através da pistola e dos seus cabos. Ele inclui todos os sistemas de controle da velocidade do arame e da passagem do gás de proteção. Diferentes tipos de roldanas de tração podem ser montados rapidamente, de acordo com o diâmetro e o tipo do arame usado.
A pistola com seu conjunto de mangueiras, é a ferramenta de soldagem propriamente dita; é através dela que o soldador controla a soldagem. O bocal e as guias do arame eletrodo podem ser desmontados facilmente para troca e limpeza. Existem diversos modelos de pistolas de acordo com a corrente de soldagem e o tipo de serviço, podendo ser refrigeradas à água ou ar. O tubo de contato ou bocal é por onde o arame eletrodo recebe a corrente elétrica.
Para sempre trabalhar nas melhores condições, é importante conservar as pistolas limpas e em bom estado de funcionamento, as mangueiras devem ser limpas com jatos de ar cada vez que se troca a bobina de arame, caso contrário, a sujeira poderá acumular-se, dificultando a passagem do arame eletrodo.
O sistema de gás fornece e controla a vazão do gás de proteção do arco. Ele é formado por um ou mais cilindros ou tanques de gás com regulador redutor de pressão, medidor de vazão e válvula solenóide de comando.
4.1.3 Características
ALTAS TAXAS DE DEPOSIÇÃO
Podem ser conseguidas taxas de até 15 Kg/h com arames tubulares. AUSÊNCIAS DE ESCÓRIA A REMOVER
Não há formação de escória com alimentação de arames nus. BOA APARÊNCIA DO CORDÃO
O processo gera uma superfície soldada de boa aparência, dispensando, na maioria dos casos, ulterior acabamento.
BAIXO HIDROGÊNIO
Processo baixo hidrogênio com arame nu; existem também arames tubulares básicos de baixo hidrogênio.
BOM CONTROLE DO PROCESSO
O processo poder ser ajustado para permitir um ótimo controle de soldagem (exemplo: transferência tipo curto circuito para seções de trabalho de pequena espessura)
APROVADO PARA JUNTAS DE ALTA RESISTÊNCIA
Ex.: consumíveis aptos a atender ao requisito "COD" das indústrias de óleo e gás. SEGURANÇA
Normalmente são usadas baixas voltagens em circuito aberto na corrente contínua (tensão em vazio). OPERAÇÃO CONTÍNUA
Minimização dos tempos mortos e do desperdício de consumíveis. AUSÊNCIA DE INCLUSÕES DE ESCÓRIA
Com a utilização de arame nu, não há escória para formação de inclusões MECANIZAÇÃO
O processo pode ser facilmente mecanizado ou complementado automatizado. GRANDE GAMA OPERACIONAL PARA UM MESMO DIÂMETRO DE ELETRODO
Ex.: usando um arame de diâmetro 1,2 mm é possível soldar chapas finas ou grossas com várias taxas de deposição.
POSSIBILIDADE DE SOLDAGEM EM POSIÇÃO
A soldagem em todas as posições é facilitada pelos tipos de transferência por curto circuito e arco pulsante.
4.1.4 Arames consumíveis
Existem arames consumíveis para união de uma grande diversidade de metais, ferrosos e não ferrosos, em uma gama de diâmetros entre 0,6 e 1,6 mm.
A composição química do arame consumível sólido é usualmente escolhida para combinar com o metal base. Em alguns casos são usados consumíveis dissimilares, como por exemplo, para produzir uma superfície dura ou uma camada superficial de um mancal ou para obtenção de propriedades mecânicas adequadas, onde um consumível de composição química similar à do metal base não seria conveniente.
Arames tubulares, consistindo de uma fita metálica contendo um fluxo interno podem ser usados para aumentar as taxas de deposição, melhorar as propriedades do metal de solda ou produzir camadas superficiais duras resistentes ao desgaste.
Em alguns casos são adicionados no arame, elementos especiais de liga, para prevenir defeitos específicos (ex.: Nióbio em aços inoxidáveis para evitar a deterioração da solda).
4.1.5 Gases de proteção
O arco elétrico nos processos MIG/MAG é formado em um gás que tem por finalidade evitar a contaminação da solda, facilitar a limpeza, determinar as características de aquecimento do arco e o modo de transferência do metal.
Os gases usados nas soldagens MIG/MAG podem ser divididos em ativos (solda MAG) e inertes (solda MIG). Os gases ativos podem, por sua vez, ser oxidantes ou redutores.
São gases inertes o argônio e o hélio, ativos oxidantes o oxigênio e o CO2, ativo redutor o hidrogênio; e inerte condicionalmente, o nitrogênio que é o gás mais estável conhecido depois dos gases nobres. O tipo de gás de proteção pode alterar as quantidades de elementos do arame eletrodo, que são transferidos ao metal base pelo arco elétrico. Isto afetará as características mecânicas da solda. Uma transferência inadequada pode provocar: porosidade, inclusões, fragilização, etc.
Por esta razão, o gás de proteção e o arame eletrodo devem ser corretamente combinados. Os gases de proteção, normalmente usados em soldagem MAG são: dióxido de carbono (CO2), misturas de CO2 com argônio e misturas de argônio com oxigênio. Para soldagem MIG, o mais usado é o argônio puro.
O argônio, sendo um gás inerte, terá pouca influência sobre a transferência, enquanto que os gases CO2 e O2, sendo oxidantes, poderão afetar grandemente esta transferência.
O gás CO2, devido a seu preço reduzido em relação ao argônio, é o mais usado no processo MAG. Na temperatura ambiente é um gás totalmente inerte, mas quando submetido às altas temperaturas do arco de soldagem, ele se dissocia: 2 CO2---->2CO + O2
Esta reação expõe o metal em fusão ao oxigênio livre, o que explica as propriedades oxidantes do CO2 durante a soldagem.
O CO e O2 podem combinar-se com os elementos do metal de adição, produzindo óxidos destes elementos, ou modificando o teor e carbono do depósito de solda.
Os arames eletrodos, usados com atmosfera de CO2, devem ser fabricados especialmente para este fim. Em soldagem a arco manual, com eletrodos revestidos, o gás CO2 representa 80 a 85% dos gases desprendidos. Para compensar seu efeito oxidante, elementos como o silício, o manganês, o alumínio e o titânio são incluídos no revestimento dos eletrodos. Estes elementos agem como desoxidantes, neutralizando o oxigênio e mantendo assim as características metalúrgicas da solda. Na soldagem MAG, estes mesmos elementos são usados, mas como não existe revestimento ao redor do eletrodo, eles fazem parte integrante do metal do arame. Assim compreende-se a alta importância da combinação gás e arame para as propriedades mecânicas da solda. A atmosfera de CO2, tem um poder oxidante equivalente a uma mistura de 85% de argônio e 15% de oxigênio. Se um arame para este gás (CO2) for, por exemplo, usado com uma mistura de 95% de argônio e 5% de oxigênio, o metal de solda poderá apresentar fissuramentos a quente devido ao aumento de silício ou alumínio no metal base, pois não existia O2 suficiente para reagir com estes metais.
Além disso, as características de resistência à tração, alongamento e dureza ficarão alteradas.
Na escolha do gás de proteção, conforme o material, são empregados gases inertes, ativos ou misturas.
Para aços de baixo teor de carbono costuma-se usar uma mistura de argônio com 2% de oxigênio ou CO2, sendo a mistura indicada para chapas mais finas e o CO2 para material espesso.
Nos aços de alta liga é indicada a mistura de argônio com 2% de CO2.
Para o alumínio e suas ligas usa-se argônio puro, enquanto que para o cobre e suas ligas apresenta bom resultado uma mistura de argônio com 70% de Hélio ou argônio puro para chapas muito finas. Outro fator importante para obter-se uma boa solda é a vazão do gás (l/min), que deverá ser regulada para cada caso.
Com vazão insuficiente, a superfície ficará rugosa, com aspectos de oxidação. Com fluxo excessivo de gás, o resultado ficará igualmente ruim, devido à turbulência criada, provocando penetração de ar por sucção, na zona de fusão, além de gastar mais gás que o necessário.
4.1.6 Tipos de transferência de metal através do arco
• Transferência tipo curto circuito
O arame é alimentado a uma taxa que é pouco maior do que a taxa de fusão do mesmo para um particular valor de tensão do arco; como resultado o arame toca a poça de fusão e provoca um curto circuito com a fonte de energia. O arame consumível então atua como um fusível e quando ele se rompe um arco livre e intenso é criado. Este fenômeno é repetido regularmente até 200 vezes por segundo
O resultado é uma condição de soldagem contínua com baixa adição de calor na junta e uma poça de fusão pequena.
• Transferência por nebulização ou gotículas (Tipo Spray)
Este modo de transferência consiste de um jato de gotículas de metal fundido muito pequenas que são projetadas em direção à peça de trabalho por forças elétricas dentro do arco. Este modo de transferência é particularmente adequado para soldagem na posição plana, mas pode ser usado para soldagem em posição, no caso de alumínio e suas ligas.
Transferência Globular
A transferência por glóbulos ocorre a intensidades de corrente acima daquelas que produzem transferência por curto circuito, mas abaixo do nível requerido para a transferência por nebulização.
O tamanho da gota é grande em relação ao diâmetro do arame, e a transferência é irregular.
Este modo de transferência ocorre com arames de aço submetidos a altas intensidades de corrente sob proteção de CO2 mas é geralmente considerado como inviável, a menos que possam ser tolerados altos níveis de respingos.
O uso de arames tubulares propicia uma forma controlada de transferência por glóbulos que é aceitável.
Transferência tipo arco pulsante
O desenvolvimento das máquinas de soldagem (tiristores, inversores e controle por transistores) facilitou o ajustamento dos parâmetros de solda e tornou possível o desenvolvimento da soldagem MIG/MAG pulsante.
Neste processo um ou mais parâmetros pulsantes (primariamente a freqüência) são ligados ao controle de velocidade de avanço do arame. Nos equipamentos mais sofisticados todos os parâmetros de solda, tais como corrente de pulso, a duração do pulso, a corrente de fundo e a freqüência do pulso são afetadas por esse controle.
Atualmente a soldagem MIG/MAG pulsante é mais usada para alumínio, aço inoxidável e materiais de difícil soldagem.
No tipo de transferência denominado arco pulsante, as gotas são transferidas por uma alta intensidade de corrente que é periodicamente aplicada ao arco. Idealmente uma gota é transferida em cada pulso e é "disparada" através do arco pelo pulso. O processo opera com freqüência típicas de 50 a 100 gotas por segundo. A intensidade de corrente básica é mantida entre os pulsos para sustentar o arco, mas evita a transferência do metal. Sua grande vantagem é manter um maior controle da poça de fusão, evitando a transferência de calor, quando desnecessária, o que é importante, principalmente, em chapas finas.
4.1.7 Variáveis de soldagem
As variáveis de soldagem são os fatores que podem ser ajustado para controlar uma solda. Para obter-se os melhores resultados do processo de soldagem, é necessário conhecer o efeito de cada variável sobre as diversas características ou propriedades da solda.
Certas variáveis, que podem ser continuamente reguladas e facilmente lidas, constituem controles melhores que aquelas que não podem ser lidas ou só podem ser modificadas por degraus. De acordo com esta característica, as variáveis de soldagem são divididas em três grupos:
as variáveis pré-selecionadas de variação por degraus, as variáveis primárias e as variáveis secundárias de ajuste.
As variáveis pré-selecionadas são: o diâmetro e tipo do arame, e o tipo de gás, as quais não permitem bons controles da solda. Estas variáveis são principalmente determinadas pelo tipo de material soldado, sua espessura, a posição de soldagem, o regime de deposição desejado e as propriedades mecânicas necessárias.
As variáveis primárias controlam o processo depois que as variáveis pré-selecionadas foram determinadas. Elas são: a tensão do arco, a corrente de soldagem, a velocidade de avanço do arame e a vazão do gás. Elas controlam a formação do cordão, a estabilidade do arco, o regime de deposição e a qualidade da solda.
As variáveis secundárias, que também podem ser modificadas de maneira contínua são, às vezes, difíceis de medir com precisão. Elas não constituem, desta forma, controles simples, especialmente em soldagem semi-automática. Estas variáveis são: altura do arco, ângulo do bocal e velocidade de avanço da pistola.
4.1.8 Defeitos mais comuns e suas soluções
Soldas de excelente qualidade, com bom acabamento superficial e livre de defeitos podem ser obtidas com o processo MIG/MAG sob as condições corretas de operação.
Certos defeitos podem surgir devido a procedimento de soldagem inadequado. Os problemas mais comuns e suas soluções são mostrados a seguir:
• Falta de fusão
Este defeito é causado por falta de calor na junta (baixa intensidade de corrente) ou manipulação incorreta da tocha. Para corrigi-lo aumente a intensidade da corrente e/ou o nível da indutância secundária e certifique-se de que o padrão de tecimento correto está sendo usado.
• Porosidade
A causa mais comum deste defeito é a presença do nitrogênio em aços ou de níquel e hidrogênio em alumínio. O hidrogênio geralmente aumenta devido a contaminantes superficiais ou umidade, e pode ser evitado através da limpeza correta da superfície da junta, certificando-se de que o arame esta protegido de contaminação durante armazenagem e usando-se mangueiras de gás que não absorvam umidade.
• Respingos
Resultam da ruptura explosiva do arame no processo de transferência por curto circuito ou em menor extensão, da projeção de finas gotículas metálicas na transferência por nebulização. Os respingos podem ser controlados pelo aumento da indutância (para limitar os picos de corrente de curto circuito), reduzindo-se a intensidade da corrente de soldagem e usando- se uma mistura Argônio/CO2, como gás de proteção, ao invés de CO2 puro.
• Péssima aparência do cordão
Pode ser causada pela ajustagem incorreta da intensidade da corrente, tensão excessiva ou técnica de operação deficiente. Sobreespessor excessivo ou soldas "em picos" resultam da baixa adição de calor na junta.
4.1.9 Aplicações
. Fabricação e reparos de veículos . Fabricação de sistemas de exaustão . Fabricação de trailers e furgões
. Fabricação de containeres e tanques de armazenagem
. Fabricação e reparos de equipamentos agrícolas e de terraplanagem . Construções industriais, estruturas metálicas
. Construção naval
. Construções elevatórias e transportadoras
. Construção de dutos de aquecimento e ventilação . Fabricação de ventiladores e sopradores
. Trabalhos em tubulações e encanamentos . Equipamento de jardinagem
. Fabricação de brinquedos e equipamentos de lazer . Fabricação de mobília metálica
. Produções em chapa metálica . Fabricação de utensílios domésticos
A soldagem MIG/MAG com arames normais ou tubulares responde hoje, nos países altamente industrializados, por 50% do consumo total de consumíveis para solda. Isto se deve a sua fácil automatização, inclusive com o uso de robôs, bem como, ao maior rendimento mesmo no processo semi-automático, uma vez que não se precisa ficar trocando eletrodos e não se perdem suas pontas, não havendo também o trabalho de remoção de escória.