PROCESSO DE SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO GMAW

GMAW (Gas Metal Arc Welding) é um processo de soldagem no qual utiliza-se como fonte de calor o arco elétrico, estabelecido entre um eletrodo metálico nu consumível (metal de adição) e a peça de trabalho (metal base), como ilustrado pela Figura 11.

Ademais, com objetivo de proteger o arco elétrico e a poça de fusão contra contaminações causadas por agentes externos, utiliza-se um fluxo gasoso (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2009).

Figura 11 - Processo de soldagem GMAW

Fonte: Marques, Modenesi e Bracarense (2009).

O processo pode ser dividido em MIG, quando utiliza-se gás inerte ou uma mistura rica de gases inertes, ou MAG, quando utiliza-se gás ativo ou uma mistura rica de gases ativos. A soldagem MAG é destinada para materiais ferrosos. Já a soldagem MIG é destinada para materiais tanto ferrosos quanto não ferrosos, como alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas ligas (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2009).

2.4.1 Equipamentos empregados no processo GMAW

A Figura 12 ilustra os principais equipamentos utilizados no processo de soldagem GMAW.

Figura 12 - Esquema dos equipamentos para soldagem GMAW

Fonte: Wainer, Brandi e Mello (2004).

O sistema ilustrado pela Figura 12 é formado basicamente por uma fonte de energia, na qual pode ser de corrente constante ou tensão constante, sendo essa última a mais utilizada. Ademais, o maquinário também é composto por um sistema de alimentação do arame, tocha de soldagem, sistema de fornecimento de gás e um sistema de refrigeração da tocha. O alimentador do eletrodo é ligado à fonte de energia, de forma que a velocidade de alimentação possa ser controlada (WAINER; BRANDI; MELLO, 2004).

A tocha de soldagem conduz automaticamente o eletrodo, a energia elétrica e o gás de proteção, a fim de formar o arco de soldagem. Na Figura 13 são ilustradas as partes principais de uma tocha seca típica, na qual é refrigerada pelo próprio gás de proteção.

Figura 13 - Tocha de soldagem do processo GMAW

Fonte: Fortes (2005).

Segundo Fortes (2005), o bico de contato é fabricado de cobre e é responsável tanto pela energização do arame quanto pelo seu direcionamento até a peça. O bocal é feito de cobre ou material cerâmico, e tem como função direcionar o fluxo de gás de proteção. O conduíte, por sua vez, é conectado entre a tocha e a roldana de alimentação, para direcionar o arame até o bico de contato.

2.4.2 Transferência metálica na soldagem GMAW

Na soldagem MIG/MAG existem quatro formas básicas de transferência do metal de adição para a poça de fusão: curto-circuito, globular, aerosol (spray) e arco pulsado.

O estudo desses métodos torna-se importante tendo em vista a influência causada pelos mesmos na estabilidade do arco, taxa de fusão, quantidade de gases absorvidos pela poça de fusão, posicionamento da operação de soldagem, formato do cordão e no nível de respingos que ocorrerão durante o processo (MARQUES; MODENESI;

BRACARENSE, 2009).

Os tópicos seguintes descrevem cada tipo de transferência metálica na soldagem MIG/MAG, de acordo com Marques, Modenesi e Bracarense (2009) e Wainer, Brandi e Mello (2004).

2.4.2.1 Transferência por curto-circuito

A transferência por curto-circuito ocorre em baixos valores de tensão e corrente, e para pequenos comprimentos de arco. Nesse método, uma gota de metal vai aumentado de tamanho até tocar a poça de fusão, sendo assim atraída pela ação da tensão superficial da poça. Esse método é recomendado para soldagem em todas as posições e para união de peças de pequenas espessuras.

2.4.2.2 Transferência globular

Na transferência globular o arco é mais estável comparado ao curto-circuito. Nesse método, a gota formada de metal fundido apresenta diâmetro maior que o diâmetro do eletrodo, movendo-se em direção à poça de fusão por ação da gravidade. Assim, esse tipo de transferência fica limitada à soldagem em topo.

2.4.2.3 Transferência aerosol (spray)

Para um dado diâmetro do arame o modo de transferência é alterado de globular para aerossol, à medida em que a corrente aumenta e atinge a denominada “corrente de transição”. Devido ao aumento da corrente, a força eletromagnética começa agir sobre a gota com maior intensidade, formando gotas menores que são desprendidas rapidamente. Assim, nesse método a taxa de deposição é alta, o que indica sua aplicação em chapas de espessuras maiores que 2,4 mm e em posição plana, devido o difícil controle da poça de fusão em decorrência da alta deposição.

2.4.2.4 Transferência com arco pulsado

Perturbações controladas na corrente de soldagem e/ou na alimentação do arame podem ser aplicadas com objetivo de obter uma transferência controlada do metal de adição, mas com nível de corrente mais baixa, para que soldagem em chapas finas e em todas as posições possa ser realizada. A transferência com arco pulsado é caracterizada pela pulsação da corrente em duas faixas, uma maior e outra menor, em comparação à corrente de transição. Assim, quando a corrente é baixa, a gota se

forma e cresce na ponta do arame, sendo a mesma transferida para a poça de fusão quando a corrente aumenta.

2.4.3 Consumíveis

2.4.3.1 Eletrodo metálico nu

Os arames de soldagem são compostos quimicamente por metais ou ligas metálicas, revestidos tradicionalmente por cobre, para protegê-los contra corrosão e aumentar o contato elétrico com o bico de contato da tocha de soldagem. Ademais, sua seleção torna-se importante, pois em conjunto com o gás de proteção será produzido o depósito químico que irá influenciar diretamente nas propriedades físicas e mecânica da solda (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2009).

Existe um padrão de classificação dos arames, representado por ERXXY-X, em que o termo “XX” se refere ao limite de ruptura em ksi, o termo “Y” indica se o eletrodo é sólido ou composto, e o último termo “X” indica a faixa de composição química (RAZENTE, 2018).

2.4.3.2 Gás de proteção

O fluxo de gás tem a função de proteger a poça de fusão contra agentes externos, tais como nitrogênio, oxigênio e vapor d’água, que podem resultar em juntas soldadas defeituosas, com inclusões e/ou porosidades, por exemplo. Ademais, o gás de proteção exerce influência sobre a morfologia e propriedades do cordão, propriedades do arco elétrico e modo de transferência metálica (RODRIGUES, 2005).

O dióxido de carbono (CO2) apresenta uma alta condutividade térmica, se comparada à condutividade do argônio, por exemplo, propiciando maior transferência de calor à solda, alta fusão e alta penetração. No entanto, quanto maior for a condutividade térmica do gás, maior será a tensão de soldagem requerida para sustentar e manter o arco elétrico estável. Assim, o CO2 tende a propiciar maior quantidade de respingos na solda (RODRIGUES, 2005).

Ademais, é requerido que o eletrodo metálico nu apresente agentes desoxidantes para compensar a natureza reativa do gás carbônico, pois a superfície do cordão de solda, resultante da proteção com CO2 puro, é altamente oxidada (MACHADO, 1996).