O processo de soldagem GTAW, do inglês Gas-Tungsten Arc Welding, também conhecido como TIG, é baseado na abertura de um arco elétrico entre um eletrodo de tungstênio não consumível e o metal de base, onde pode ser adicionado ou não um metal de adição externamente, enquanto a região do arco é protegida por um gás inerte ou uma mistura de gases [18]. A figura 3.24 ilustra os componentes e equipamentos da soldagem GTAW.
Figura 3.24 - Soldagem GTAW: a) Componentes do equipamento; b) Componentes da área de soldagem.
Fonte: Adaptado [18]
O gás de proteção inerte, normalmente hélio ou argônio, atravessa o corpo da tocha e é direcionado por um bico em direção à piscina de solda e, com a passagem da corrente este é ionizado e estabelece o arco elétrico entre a ponta do eletrodo e a peça de trabalho [19].
3.8.1 Eletrodo
O tungstênio, material que compõem o eletrodo, atinge seu ponto de fusão à 3410°C não sendo consumido durante o processo de soldagem entretanto, em altas temperaturas torna-se uma fonte constante de elétrons [19]. O eletrodo utilizado no processo é feito geralmente de tungstênio puro entretanto, eletrodos com porcentagens baixas de cério ou tório, por volta de 2%, apresentam melhor emissividade de elétrons, capacidade de transporte de corrente e resistência à contaminação, de forma que a abertura do arco é mais fácil e o arco estável. A maior emissividade de elétrons, relacionada à ponta do eletrodo, permite o uso de temperaturas mais baixas na ponta do eletrodo o protegendo do superaquecimento e prolongando seu tempo de uso [18].
3.8.2 Polaridade
Na soldagem GTAW três polaridades de corrente podem ser aplicadas: eletrodo de corrente contínua negativo, eletrodo de corrente contínua positivo, e corrente alternada [18]. Cada uma delas tem um efeito diferente na poça de fusão, como ilustra a figura 3.25.
Figura 3.25 - Efeito da polaridade na poça de solda
Eletrodo de corrente contínua negativo (CC-): chamada de polaridade reta, é a mais comum e utiliza o eletrodo conectado ao terminal negativo da fonte de alimentação, de forma que os elétrons são emitidos pelo eletrodo e acelerados pelo arco. Para que esta emissão ocorra uma grande quantidade de energia, chamada função de trabalho, é necessária, porém, quando o elétron entra na peça de trabalho, uma quantidade de energia (íons positivos) equivalente à função de trabalho é liberada [18]. Assim na polaridade CC- a maior parte da energia está localizada na extremidade do arco, e cerca de 30% no fim do eletrodo, de forma que a solda produzida é estreita e profunda [19].
Eletrodo de corrente contínua positiva (CC+): chamada de polaridade reversa, esta programação utiliza o eletrodo conectado ao terminal positivo da fonte de energia. Dessa forma, o efeito de aquecimento por resistência a passagem dos elétrons está no eletrodo de tungstênio, e não na peça de trabalho, fazendo com que a solda produzida seja mais rasa [18]. Quando este tipo de polaridade é utilizado deve-se utilizar um eletrodo de grande diâmetro e resfriado à água para impedir que a ponta do eletrodo superaqueça e derreta. Esta polaridade é bastante utilizada para a soldagem de materiais fortemente formadores de óxidos como alumínio e magnésio, pois não é necessária uma penetração profunda e os íons positivos do gás de proteção bombardeiam a peça eliminando os filmes de óxidos e produzindo uma superfície de solda limpa [19].
Eletrodo de corrente alternada (CA): por alternar periodicamente a polaridade do eletrodo de positivo para negativo, a corrente alternada é capaz de proporcionar uma combinação boa de penetração e limpeza de óxidos, sendo frequentemente utilizada para a soldagem de ligas de alumínio [18].
O argônio, com peso molecular igual a 40 e potencial de ionização de 15.7 eV, é o gás de proteção mais utilizado. Quando comparado ao hélio, peso molecular igual a 4 e potencial de ionização de 24.5 eV, devido ao maior peso molecular do Ar uma proteção mais efetiva e uma melhor ação de limpeza de óxidos é proporcionada. O Ar é mais ionizável, portanto, o arco é iniciado mais facilmente e possui maior estabilidade, entretanto, para um mesmo comprimento de arco, proporciona menor penetração que o He [18][19]. Isto é particularmente vantajoso na soldagem manual contra o derretimento excessivo da região soldada, e na soldagem em posições verticais. Além de todas estas vantagens o preço do argônio é menor [19].
A vazão do gás está associada ao diâmetro do bico de gás, o qual é escolhido de acordo com o tamanho da poça de fusão. As vazões excessivas causam turbulência no fluxo de gás e pode aspirar a contaminação atmosférica na piscina de solda. Baseado nos principais tipos de tochas utilizados, as vazões típicas de gás de proteção variam de 7 a 16 litros por minuto para o Ar e 14 a 24 L/min. para o He [19].
3.8.4 Metal de Adição
Quando a solda não é autógena no processo GTAW, um metal de adição é adicionado externamente na forma de arame. O metal de adição utilizado normalmente é muito semelhante ao metal de base porém, a sua composição é ajustada para compensar a perda de alguns elementos durante a soldagem e para melhorar a resposta aos tratamentos térmicos pós-soldados. As propriedades do metal de adição deve atender à liga a ser soldada e o serviço de aplicação [19]. 3.8.5 Vantagens e Limitações da soldagem GTAW
A soldagem GTAW é adequada para unir seções finas devido à sua limitada entrada de calor e, pelo fato de a taxa de alimentação do metal de adição depender pouco da corrente de soldagem, é possível variar a quantidade relativa da fusão do metal base e da fusão do metal de forma que o controle da diluição e da entrada de energia na solda pode ser alcançado sem alterar o tamanho da solda [18]. A soldagem GTAW também pode ser usada para soldar juntas apenas por fusão, sem
a adição de metais de adição, conhecida como soldagem autógena, com qualidade superior em altas velocidades, sem respingos e geralmente com poucos defeitos.
Por ser um processo de soldagem muito limpo, pode ser usado para soldar metais reativos, como titânio e zircônio, alumínio e magnésio. As soldas podem ser feitas em qualquer posição e as aplicações são quase ilimitadas, de forma que quase todos os metais, incluindo metais diferentes, podem ser soldados [19].
A principal limitação da soldagem GTAW é a baixa taxa de deposição, pois é necessário um baixo aporte térmico uma vez que correntes de soldagem excessivas podem causar a fusão do eletrodo de tungstênio e resultar em inclusões quebradiças de tungstênio no metal de solda [18]. Este processo também requer um pouco mais de destreza e coordenação do soldador que o utiliza, em comparação à soldagem a arco de metal com gás (GMAW) [19].