Uberlândia 2018
JOÃO VITOR DE MORAIS RAMOS
SOLDAGEM– MIG/MAG:
Uberlândia 2018
SOLDAGEM – MIG/MAG:
A SELEÇÃO E APLICAÇÃO DE GASES DE PROTEÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Uberlândia requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica.
JOÃO VITOR DE MORAIS RAMOS
SOLDAGEM – MIG/MAG:
A SELEÇÃO E APLICAÇÃO DE GASES DE PROTEÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Uberlândia requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica.
BANCA EXAMINADORA
Prof. João Gabriel Oliveira de Miranda
Prof. José Valdir Sesso
Dedico este trabalho à Dora Lucia Netto, João Alfredo Netto e Rosmeire Neves
RAMOS, João Vitor de Morais. Soldagem MIG/MAG: A seleção e aplicação de Gases de proteção. 2018. 46. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Faculdade Pitágoras de Uberlândia, Uberlândia. 2018.
RESUMO
Este trabalho de conclusão de curso tem o intuito de evidenciar o processo de soldagem MIG/MAG, em que através da realização de revisão bibliográfica. No mesmo são apresentadas as características do processo, a aferição dos modos de transferência, o procedimento de execução e as variáveis do processo, com ênfase no estudo dos gases de proteção. Esse trabalho tem como objetivo apontar os gases e misturas de gases de proteção indicados para a soldagem dos principais metais da indústria perante determinadas condições e aplicações durante o procedimento de operação. A demonstração das principais características dos gases Ar, He, CO2 e O2,
evidenciou que para a obtenção de um cordão de solda com qualidade, é necessário que na seleção e aplicação dos gases de proteção sempre deve considerar a metal base, o metal de adição, o modo de transferência metálica coerente com a situação de trabalho, a geometria da solda desejada, a porcentagem de material depositada desejada e ao regime de trabalho desejado para o material com solda
shielding gas. 2018.46. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Faculdade Pitágoras de Uberlândia, Uberlândia. 2018.
ABSTRACT
This course completion work is intended to highlight the GMAW process. The same process of presentation of the decision-making process, the verification of its modes of transfer, the process of execution and its differences of process. This work aims to point the gases and mixtures of protective gases to a welding of the main mining sectors and industries during the operation process. The demonstration of the main characteristics of the gases Ar, He, CO2, O2 N2 and the mixed application of these shielding gases showed that in order to obtain a weld bead with quality, it is necessary that in the selection and application of shielding gases always consider a metal base, deference metal, a metal chain mode consistent with a working condition, a free energy geometry, a percentage of deposited material and a working solution for the weld fielt format.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Soldagem MIG/MAG ... 15
Figura 2 – Equipamento básico do processo MIG/MAG ... 24
Figura 3 – Posição transversal da tocha do processo MIG/MAG ... 28
Figura 4 – Posições longitudinais do processo MIG/MAG ... 29
Figura 5 – Progressões ascendentes e descendentes do processo MIG/MAG ... 29
Figura 6 – Efeito do tipo de gás de proteção no formato do cordão ... 35
LISTA DE TABELAS
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Classes e respectivos modos naturais de transferência metálica que acontecem no processo MIG/MAG...20 Quadro 2 - Comparação entre argônio e hélio puros...39
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AWS American Welding Society
GMAW Gas Metal Arc Welding MIG Metal Inert Gas
MAG Metal Active Gas CO2 Dióxido de carbono
ESAB Elektriska Svetsnings Aktie Bolaget
Ar Argônio He Hélio O Oxigênio O3 Ozônio H2 Hidrogênio N2 Nitrogênio
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 13
2. O PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG ... 15
2.1 CARACTERISTICASGERAIS ... 17
2.2 LIMITAÇÕESDOPROCESSOMIG/MAG ... 18
2.3 MODODETRANSFERÊNCIA ... 19
3. EQUIPAMENTOS, PROCEDIMENTO OPERACIONAL E PARÂMETROS DA SOLDAGEM ... 24 3.1. EQUIPAMENTOS ... 24 3.2. PROCEDIMENTODEOPERAÇÃO ... 26 3.3. PARÂMETROSDESOLDAGEM ... 30 4. GASES DE PROTEÇÃO ... 35 4.1. TIPOSDEGASES ... 37
4.2. MISTURADEGASESESUASFUNÇÕES ... 40
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 44
1. INTRODUÇÃO
A Sociedade Americana de Solda, em inglês AWS (American Welding Society) , denominou como GMAW (Gas Metal Arc Welding), traduzido para português
soldagem ao arco elétrico com atmosfera de proteção gasosa, que também é denominada como soldagem MIG/MAG. Este processo consiste na união de peças metálicas, produzidas a partir do aquecimento destas com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico nu consumível, alimentado interruptamente e a peça a ser soldada.
A proteção da região da solda é desenvolvida com objetivo de evitar a contaminação pela atmosfera e é feita por gás inerte ou ativo. MIG (Metal Inert Gas), quando faz-se a utilização de um gás ou mistura inerte com proteção e MAG (Metal Active Gás), que utiliza mistura de um ou mais dos gases ativos como gases inertes ou o CO2 (dióxido de carbono). Os gases de proteção além de proteger a poça de
fusão e gotas em transferência, eles podem estabilizar o arco, controlar a operacionalidade e a transferência metálica, também podem influenciar as propriedades mecânicas, a geometria e ainda as características metalúrgicas da solda.
Como principais motivos de escolha sendo em obter-se um melhor entendimento sobre o assunto e a transmissão conhecimento para os estudantes que buscam compreender sobre o processo GMAW, contribuindo com a comunidade cientifica foi desenvolvido esse trabalho. Pois a seleção e aplicação de gases de proteção é uma das condições que estabelece controle sobre a operacionalidade da soldagem, de modo que para cada tipo de aço, seja ele, aço-carbono ou aços de baixa, média e alta liga, é necessário a escolha de uma mistura de gases de proteção, sendo assim este tema é um importante parâmetro a ser estudado já que é vivenciado em um ambiente de trabalho e a não utilização correta comprometerá a solda. O estudo dele trouxe diversos aspectos práticos e teóricos para contribuir com a aprendizagem do leitor.
Em um processo de soldagem sabe-se que há parâmetros a serem considerados, como por exemplo a corrente, tensão do arco e a escolha de gases de proteção, nos quais, a escolha e definição deles influenciará o resultado final de uma solda para uma tarefa estipulada. Neste trabalho de conclusão de curso tem como
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problemática: Quais são os gases de proteção utilizados no processo de soldagem-MIG/MAG e suas devidas aplicações?
Esse trabalho de conclusão de curso teve como objetivo geral apontar os tipos de gases e misturas de gases de proteção que são indicados para realizar uma soldagem em um determinado tipo material, de acordo com suas características. De modo que com a finalidade de alcançar o objetivo central, os objetivos secundários foram definidos para caracterizar o processo de soldagem MIG/MAG, compreender o procedimento de operação e parâmetros da soldagem, e por fim evidenciar a influência do gás de proteção.
Para este Trabalho utilizou-se como tipo de pesquisa o modo de Revisão da Literatura sobre soldagem MIG/MAG. Em que analisou-se e uniu-se uma variedade de informação que são baseadas de livros, como por exemplo dos notáveis Américo Scotti, Vladimir Ponomarev e Paulo Marques dentre outros, assim como apostilas e artigos acadêmicos publicados nos últimos vinte e sete anos, cujo o resultado foi este trabalho constituído de uma variedade de informações, nas quais através da leitura do mesmo, o leitor terá condições de entender a realização da solda GMAW, os parâmetros de soldagem, e por fim conhecer e fazer a correta aplicação do gás de proteção correto para determinadas aplicações no ambiente de trabalho.
2. O PROCESSO DE SOLDAGEM MIG/MAG
O processo também conhecido como GMAW consiste na utilização de fontes de calor de um arco elétrico, no qual deve ser preservado entre a extremidade do eletrodo nu consumível, incessantemente alimentado e a peça a se soldar, conforme Wainer et al. (1992).
O arco elétrico durante o processo funde o arame-eletrodo, no qual tem a função de alimentar a poça de fusão. O sistema entre material soldado e a o eletrodo fica protegido por gases contra contaminantes atmosféricos. (ESAB, 2005)
De acordo com Scotti e Ponomarev (2008), a proteção da região da soldagem é realizada por uma atmosfera protetora que pode ser ou um gás inerte, como o argônio e hélio, ou gás ativo como o dióxido de carbono.
O gás de proteção é aplicado para evitar a contaminação do eletrodo, das gotas que estarão sendo transferidas de metal fundido e da poça de fusão pelos ases da atmosfera. Quando se utiliza o gás ou mistura inerte denomina-se o processo como MIG e quando se faz a utilização de gases ativos denomina-se MAG, conforme Scotti e Ponomarev (2008). Como monstra na Figura 1.
Figura 1 – Soldagem MIG/MAG
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O gás afim de estabilizar o arco e controlar a transferência do metal, o consumo do eletrodo e a fusão da metal base é utilizado como um meio ionizante, de modo que a peça é denominada de metal de base. (WAINER et. al. , 1992).
De acordo com Souza et al. (2011), a corrente utilizada é do tipo corrente continua, o arame-eletrodo ficando com pólo positivo e a peça negativo, denomina-se a como polaridade inversa essa corrente. A polaridade direta não é tanto utilizada pois não consegue proporcionar estabilidade do arco e não possibilitando uma boa consistência na transferência do metal de adição para a peça. Logo a utilização da corrente continua, afeta na formação de propagação dos respingos que por sua vez neste caso é de baixa quantidade e possibilita uma boa geometrização do cordão de solda.
Scotti e Ponomarev (2008, p. 17) caracterizam que o processo MIG/MAG pode ser utilizado de duas maneiras. “Pode ser aplicado de forma automática, quando o movimento é feito pela tocha é de origem de uma máquina, ou semiautomático, quando a tocha é conduzida manualmente pelo soldador ’’.
Pontuado por Wainer et al. (1992, p. 99), “processo semiautomático bastante versátil, podendo ser adaptado facilmente para a soldagem automática”. O autor também afirma outra vantagem que é o fato de poder ser executada em qualquer posição.
A soldagem MIG/MAG é usada na fabricação, manutenção de equipamentos e peças metálicas, podendo ser utilizada na reabilitação de peças desgastas e no recobrimento de superfícies metálicas com materiais especiais, segundo Marques et al. (2013).
Conforme Wainer et al. (1992) destaca, MIG é adequado à soldagem de aços-carbono, aços de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis, soldagem de alumínio, magnésio e cobre com ligas. Já o MAG na soldagem de aços de baixo carbono e aços de baixa liga.
Os gases com maiores aplicações nesse processo são o Ar (argônio), He (hélio) , o CO2 (dióxido de carbono), O (oxigênio) e juntamente com a adição de
elementos redutores como o H2 (hidrogênio) e N2 (nitrogênio) .Na aplicação dos gases
deve-se atendar para os aspectos teóricos, as possíveis consequências e utiliza-las para melhor benefício proposto, baseados nas condições da operação, proporcionando uma soldagem de excelente qualidade, garantindo a eficiência na deposição da solda e também do custo final. ). (SCOTTI E PONOMAREV, 2008).
2.1 CARACTERISTICAS GERAIS
O processo MIG/MAG possui caraterísticas marcantes como a elevada taxa de fusão do arame-eletrodo, diversificação dos modos de transferência metálicas que são possíveis de serem realizadas e a portabilidade da tocha, conforme Scotti e Ponomarev (2008).
O processo GMAW realiza seu funcionamento com corrente contínua e com o eletrodo com o polo positivo. Isto se dá devido a uma característica denominada como polaridade reversa, uma vez que não pode se utilizar a polaridade direta porque causa má transferência do metal fundido no processo, conforme argumentado pela American Welding Society (2013).
Na realização de um determinado serviço que a demanda de trabalho é com uma alta taxa de deposição, pois o serviço é em um corpo com revestimento, utiliza-se a polaridade direta (corrente contínua), mas utiliza-sempre com o arama negativo. Porém deve-se atentar que a penetração diminuirá e a estabilidade do arco elétrico não proporcionará estabilidade. Por isso no processo GMAW utiliza-se com maior frequência a corrente contínua e o arame positivo. (AMERICAN WELDING SOCIETY, 2013)
O diâmetro dos eletrodos utilizados são entre 0,8 e 2,4 mm. O processo MAG realiza-se somente soldagem de matérias ferrosos, enquanto o MIG abrange-se para ferrosos e não ferrosos, como por exemplo alumínio e cobre, definiu Marques et al. (2013).
American Welding Society (2013) evidencia que devido as evoluções ao decorrer doas anos o processo MIG/MAG é aplicável aos metais comerciais mais significativos, de modo que um material cuja a espessura é de 0,76 mm permite-se a realização da solda em quase todas as posições.
Machado (1996) evidência que metais que possuem o ponto de fusão muito baixo não podem ser soldados pelo processo GMAW, o que ocasionaria a ineficácia da solda nesses metais.
Nesse processo é inexistente a formação de escória, de modo que agiliza o processo, já que não será necessário fazer a remove-la. Uma superfície mais limpa gera uma penetração de raiz mais regular e com melhor resultado, baseado em Wainer et al. (1992).
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Segundo Marques et al. (2013, p.235) “ não existência de fluxos de soldagem e, consequentemente, ausência de operações de remoção de escória e limpeza e exigência de menor habilidade do soldador”. Por outro lado, a velocidade de soldagem é elevada e a taxa de deposição é elevada devido à densidade de corrente alta na ponta do arame. American Welding Society (2013).
American Welding Society (2013), evidenciou as vantagens em relação ao processo de eletrodo revestido, em que no processo GMAW o tempo total de execução de soldas é cerca da metade do tempo do outro processo.
De acordo com Wainer et al. (1992), além de possibilitar uma soldagem com visibilidade total da peça de fusão, facilidade de execução da solda, esse processo reduz a distorção e tensões residuais.
Em sua obra, Wainer et al. (1992) caracterizaram que o processo tem taxa de deposição de 1 a 15 kg/h, atende a toas as posições da soldagem, tem variação de 10 a 30% de diluição, atende a todos os tipos de junta, trabalha com uma faixa de corrente de 60 a 500 A possibilita uma solda com baixo teor de hidrogênio.
2.2 LIMITAÇÕES DO PROCESSO MIG/MAG
Dentre todas suas características positivas, o processo de soldagem MIG/MAG, também é caracterizado por suas limitações, a sensibilidade à variação dos parâmetros elétricos de operação do arco de solda é um fator que é maior em relação a outros processos, consequentemente afere na qualidade do cordão de solda depositado, conforme (MARQUES et al.,2009).
O fato de não possuir escoria é um extremamente positivo, porém aumenta a velocidade de resfriamento, e assim pode aumentar a ocorrência de trincas. Nos aços temperados a possibilidade ainda é maior, segundo (WAINER et al., 1992).
Conforme Wainer et al. (1992), o equipamento nesse processo é menos portátil do que o eletrodo revestível e mais caro. O equipamento nesse processo tem a necessidade de manutenção maior do que comparado a outros equipamentos, além de possuir menor variedade de consumíveis, afirma (MARQUES et al.,2009).
Durante sua operação há situações em que não será fácil o acesso para a relação do trabalho, pois o bocal da pistola deve ficar perto do metal-base a ser soldado. Também durante a operação há grande emissão de raios ultravioletas, evidencia (WAINER et al., 1992). Além disso o tamanho da tocha é consideravelmente
grande comparada com outros processos de modo que a regiões em que o manuseio fica comprometido. (BRACARENSE, 2003)
De acordo com Scotti e Ponomarev (2008), se trata de um processo em que se tem necessidade de realmente conhecer o equipamento e realizar corretamente a regulagem dos parâmetros para trabalhar com estabilidade. A regulagem da corrente pode se tornar um fator de limitação do processo, uma corrente muito baixa, dificulta o controle do arco, devido a transferência errática. Logo quando se realiza uma com uma corrente alta, há o aumento da quantidade de respingos, pois faz com que as gotas sejam lançadas na direção radial e em alta velocidade.
Conforme Bracarense (2003) evidenciou o processo GMAW não pode ser realizado na soldagem a campo, pois diminuiria a eficiência da proteção do arco já que correntes de ar poderia afetar e causar distúrbios no gás de proteção.
Em casos que a corrente muito alta, os resultados apresentam-se de forma totalmente negativa, pode gerar alterações no gás de proteção e desprotegendo o processo de soldagem, comprometendo a transferência do material. O que se dá devido a inter-relação entre os parâmetros de soldagem, como por exemplo a corrente é um importante fato no modo de transferência. (SCOTTI E PONOMAREV, 2008).
Na realização da soldagem por GMAW a emissão de radiação e calor é altíssima, aferindo na condição de trabalho do soldador, deve-se atentar a utilização corretas dos equipamentos de segurança ou comprometera sua integridade física. (BRACARENE, 2003)
2.3 MODO DE TRANSFERÊNCIA
A transferência metálica no processo GMAW é possível de realizar-se por duas maneiras, que são classificadas pelo momento do destacamento. Denomina-se como transferência por curto-circuito, quando há o contato da gota com a poça anteriormente ao destacamento e denomina-se como transferência por voô-livre, quando o destacamento da gota acontece antes do contato com a poça, definiu com
Scotti e Ponomarev (2008).
O modo de transferência por voô livre é dividido em seis tipos de transferência, conforme o Quadro 1 abaixo:
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Quadro 1: Classes e respectivos modos naturais de transferência metálica que acontecem no processo MIG/MAG.
Classe de
Transferência Modo de transfêrencia Imagem
Força (efeito) governante
principal
Por curto-circuito Por curto-circuito Tensão superficial
Por Vôo Livre
Globular Gravitacional
Globular Repulsiva Gravitacional e
reação Goticular ( ou Goticular projetada) Eletromagnéticas Goticular com elongamento Goticular rotacional
Explosiva Reações Químicas
Fonte: Scotti; Ponomarev (2008, p.132).
Marques et al. (2009) afirmam que as características a transferência quanto à forma, quantidade e dimensões das gotas, permitem classifica-las em quatro tipos básicos e principais: transferência por “spray” ou aerossol, globular ou curto-circuito e transferência controlada.
Segundo Marques et al. (2009), o modo de ocorrência desta transferência é importante na soldagem MIG/MAG, devido capacidade de alteração de várias
características desse processo, como por exemplo: a estabilidade do arco, os níveis de porcentagem de metal fundido na soldagem e principalmente a alteração dos níveis dos respingos, uma vez que, com a alteração, a forma e quantidade de respingos afeta as condições possíveis relacionadas a posição da soldagem, em casos que se torna impossível, como soldagem sobre cabeça.
Conforme Silva (2005) definiu em sua obra que o processo curto circuito convencional se dá pela abertura de um curto-circuito elétrico, pelo contato da ponta do eletrodo e a poça de fusão e a não existência do arco no momento. Na maioria dos casos ela acontece em corretes e tensões de baixa força eletromagnética, o que possibilita o aumento da gota e pequenos arcos, porém suficientes para que a gota se destaque e pelos conceitos simples do processo de transferências por curto circuito é possível com qualquer gás de proteção
Segundo Marques et al. (2009) a transferência por curto circuito é indicada para a união de chapas finas e soldagem diferentes da posição plana, utilizam baixos valores de tensão e corrente. Sobre sua transferência que ocorre abaixo dos 200 amperes e vai variar de acordo com o gás de proteção e fonte de energia.
De acordo com Silva (2005) a gota é puxada para a poça de fusão pela tensão superficial, devido a isto que essa transferência é possível para várias posições. Porém a penetração é menor que em outros processos e há uma quantidade significativa de respingos e instabilidade do arco.
Já a transferência globular é atuante na faixa de 200 até 250 amperes, esta transferência ocorre na zona de transição entre o ponto de curto circuito e spray. O diâmetro das gostas aumentam sendo igual ou até mesmo maior que o diâmetro do arame. Ocasionando inviabilidade em diversos processo e por isso não é utilizado na maioria dos casos, pontuando (SCOTTI; PONOMAREV, 2008.).
Machado (1996) afirmou que o processo de transferência globular possui maiores corrente e tensão do que o a transferência por curto circuito, utilizado com qualquer gás de proteção, porém reage melhor com CO2 e hélio. Nessa transferência devido a quantidade de calor atribuída a peça pode acontecer a falta de penetração, falta de fusão.
A transferência por spray é a área de atuação nos mais altos níveis de amperagem, mais utilizada na posição plana e horizontal. O metal através do arco é transferido na forma de micro gotas metálicas. Devido as condições do processo que deixa de ser respingos e atingi a fase spray com níveis baixos de correntes
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proporcionando assim a soldagem de alumínio e outra ligas especiais, conforme (SCOTTI; PONOMAREV, 2008.).
A transferência por spray tem a possibilidade de aumento da corrente e tensão, quando comparado com as outras transferência, sendo assim possibilita maior penetração. Porém deve-se sempre lembrar que essa transferência não faz quando a porcentagem de gases de proteção for da classe dos ativos, ou seja, gases que possuem oxidantes demasiados, definiu (Machado, 1996).
A transferência controlada cuja a maior utilização é a pulsada, semelhante a globular, porém mais estável e uniforme, pois é conseguida pela pulsação da corrente. Dividida em dois patamares, um inferior à corrente de transição e outro superior, assim quando a corrente é baixa uma gota se forma e cresce na ponta do arame e ela é transferida quando o valor passa a um valor elevado. (MARQUES et al.,2009).
A transferência axial por corrente pulsada que tem a mesma definição de Marques et al. de controlada, é realizada com dois níveis de corrente. O primeiro caso a corrente de base é muito abaixo que não acontece a transferência, somente inicia a fusão do arame. Já no segundo caso a corrente é de pico, a transição é superior a globular por exemplo e realiza apenas a transferência de somente uma gota. Devido as condições de corrente média sem mais baixas que outros processos, a quantidade de calor atribuída a peça também será menor, de modo que será possível soldar peças com pequenas espessuras e em todas as posições. (Machado, 1996)
Finalizando sobre esse tópico tem –se que os gases com maiores aplicações são o Ar, He, O, H2 e N2. Em que se usa MIG destaca, aços-carbono, aços de baixa,
média e alta liga, aços inoxidáveis, soldagem de alumínio, magnésio e cobre com ligas. E o MAG É na soldagem de aços de baixo carbono e aços de baixa liga. Utiliza-se continua para alta produtividade, que não gera escoria, porém, o equipamento é menos portátil do que outros processos. Já sobre os modos de transferência pode-se afirmar que, a escolha da transferência afeta diretamente geração de respingos, estabilidade do arco, assim aumentando ou diminuindo a taxa de deposição. Estas consequências são devidas a alteração da corrente do processo, ao tipo de gás utilizado, tipo da bitola e composição do eletrodo nu e a distância do arco. Tem-se que a transferência por “Spray” é mais direcionada para o alumínio e ligas especiais, já quando haver necessidade de união de chapas finas e produtividade a melhor aplicação será a de transferência por curto circuito. A transferência axial por corrente
pulsada que se aplica em chapas de espessura pequenas e é mais utilizada que a globular, que é inviável em processo e quase não é mais utilizada.
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3. EQUIPAMENTOS, PROCEDIMENTO OPERACIONAL E PARÂMETROS DA SOLDAGEM
3.1. EQUIPAMENTOS
O conjunto básico para a soldagem MIG/MAG é composto por uma fonte de energia, uma unidade de alimentador de arame, uma tocha de soldagem e uma fonte de gás de proteção e regulador, arame eletrodo, além de cabos e mangueiras, segundo (MARQUES et al.,2013).
Wainer et al. (1992), define que a fonte de energia do processo deve ter potencial constante, logo pode ser escolhido um retificador ou um gerador mesmo. Para a realização do trabalho utiliza-se comumente a corrente contínua, mas com condições de ser pulsada.
Scotti e Ponomarev (2008), apresenta que o processo de soldagem MIG/MAG deve ser feito com corrente continua, em alguns casos pode ser feita com corrente pulsada.
O gás que vai ser utilizado de acordo com a necessidade da soldagem é armazenado em um reservatório de cilindro de aço com a válvula de abertura, um regulador de pressão e um medidor de vazão do gás de proteção, conforme (WAINER et al. ,1992, p. 103).
Conforme o esquema abaixo tem-se a representação do processo MIG/MAG na Figura 2:
Figura 2 – Equipamento básico do processo MIG/MAG
Os valores da corrente nesse processo são determinados pela tensão aplicada na fonte e a velocidade de alimentação, pois o controle é dado ao alimentador de eletrodo já que ele é ligado à fonte de energia. (WAINER et al. ,1992, p. 102).
Neste processo por maioria, tem-se a passagem unidirecional do fluxo de elétrons dos polos negativos para o positivo, que provocando o maior calor no polo positivo. (ESAB,2005).
De acordo com ESAB (2005), para a realização da montagem e instalação dos equipamentos, depende qual regime de atuação é necessário, podendo ser automático ou manual. Caso for manual é mais simples fácil de se instalar.
Geralmente quando é feito uma soldagem automática os resultados são de maior qualidade e tempo de trabalho é menor, ou seja, a velocidade de soldagem é maior que o processo manual. A aplicabilidade desse modo é dada pela repetitividade necessária em alguns processos. Um outro fato é o maior controle do arco, já que é controlado pela velocidade e movimentação do sistema. (ESAB, 2005).
Em relação as fontes de energia para o processo utilizando arco voltaico, tem- se que as fontes possuem três condições básicas para a alimentação do processo, sendo elas: A capacidade de fornecer baixa tensão e alta corrente, ou seja, possibilitar a evacuação de corrente e tensão em níveis de acordo com a demanda do projeto; a possibilidade de controle adequado da corrente e da tensão, de acordo com a aplicação; e pôr fim a capacidade de controlara variação da intensidade relacionadas a corrente e tensão também dependentes da forma como será aplicação do projeto. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008.).
Marques et.al define que o alimentador de arame é responsável pela alimentação do material de consumo, ele é impulsionado em direção a tocha, ele passa por um conjunto de roletes de alimentação, a distância esses roletes e a distância entre o carretel de arame e a tocha, afeta o resultado, dependendo das condições pode comprometer o resultado ou melhora-lo.
O alimentador de arame tem como principais funções controlar a velocidade de alimentação, sendo assim é ajustado à uma fonte de energia fonte de energia, cujo o resultado dentre a junção da velocidade e tensão do sistema, determina-se a corrente da soldagem.(WAINER et al. ,1992).
Segundo Marques et al., (2003) o sistema do alimentador de arame transformou-se ao decorrer dos anos, melhorando a qualidade superficial do arame assim diminuindo o desgaste do bico de contato, diminuindo também o atrito entre o
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arame e o conduíte, outra vantagem é que hoje é possível a utilização de arames de diferentes diâmetros.
Scotti e Ponomarev (2008) afirmam que as tochas de soldagem são elementos acoplados ao sistema de alimentação do arame, de modo que são extremamente importantes para o processo de soldagem GMAW. Cada combinação e forma de montagem determina vantagens ou limitações para a realização de uma soldagem.
Marques et al., (2003) define a tocha de soldagem como um suporte que segura o bico de contato e tem como funções energizar o arame, do bocal que direciona fluxo de gás protetor e o gatilho ou interruptor de acionamento do sistema. Os formatos das tochas podem sem curvas ou retas, a escolha deve ser feita para o soldador ter a melhor maneabilidade.
As tochas podem ser refrigeradas a ar ou agua, porém ainda se tem que analisar a correte que foi utilizada e o tipo de gás de proteção e as juntas, uma vez que, pode alterar o sistema. (WAINER et al. ,1992).
Já Marques et al. (2003) afirmam que as do processo MIG/MAG, podem ser resfriadas por água ou até mesmo pelo gás de proteção, porém deve-se considerar qual é o regime de trabalho e a própria capacidade.
A fonte de gás é definida por Marques et al.2003 como um cilindro de gás, que nele há uma mistura de gases ou apenas um gás, cuja a principal função será para a proteção do cordão de solda e também pode ser regulador de pressão e vazão.
O cilindro é constituído de aço, possui uma válvula de abertura, na qual tem um regulador de pressão, e para determinar a vazão do gás de proteção um medidor e controlador. (WAINER et al. ,1992).
3.2. PROCEDIMENTO DE OPERAÇÃO
Para a técnica operatória o soldador no processo MIG/MAG necessita ter uma certa habilidade manual, mas mesmo assim ela ainda poderá ser menor do que as estipuladas em outros processos. (ESAB, 2005)
Conforme a justificação de Marques et al. (2009, p. 252), “ Já que alimentação do arame é mecanizada, dispensando o movimento do mergulho do eletrodo em direção a peça”.
O início do processo é dado pela tocha aproximando da peça com o gatilho acionado, assim se dá pela abertura do arco do toque do eletrodo a peça, logo a
alimentação é iniciada no arame, gás de proteção e à energização do circuito de soldagem, assim a continuidade do processo de da peça abertura do arco que espera a poça de fusão se formar e ter o crescimento adequado, para iniciar o movimento de translação ao longo da junta , com velocidade uniforme, e alguns casos do movimento de tecimento combinado. No final da operação, deve se somente soltar o dedo do gatilho da tocha. (MACHADO, 1996)
FBTS (2016) deixa evidente que para a realização da soldagem é necessário fixar um cabo negativo, denominado de terra, com sua função de fazer o funcionamento da máquina de soldagem. É um componente indispensável, fixado geralmente na parte de baixo das bancadas onde é realizado o processo. É importante que no local de fixação do cabo, a região deve estar limpa.
Scotti e Ponomarev (2008) estabelecem que em um processo de soldagem a arco, possui uma fase crítica, na qual é denominada como estabelecimento. Pode-se definir a ela desde a abertura inicial do arco, através dos parâmetros de soldagem como, a taxa de fusão, tipo de transferência metálica, comprimento do arco,gás escolhido entre outros.
Para a realizar do arco, é feito um curto-circuito forçado, entre a ponta do eletrodo e peça, porém dentro de um espaço pequeno de tempo , o arco pode-se apagar. O valor reduzido da corrente, o aumento demasiado do comprimento do arco são as causas da instabilidade no momento de manter o arco. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
Logo a abertura de um arco na soldagem GMAW deve ser feita baseada em condições ideais na fusão da região do contato e na separação harmônica entre a ponta do eletrodo e a peça. Com o objetivo de garantir a eficiência do processo e um bom resultado no cordão de solda, deve-se fornecer uma alta tensão e diminuir o comprimento de arco, definiu. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
De acordo com ESAB (2005), a técnica da soldagem é um fator determinante na qualidade do cordão de solda. A posição da tocha é capaz de caracterizar o processo devido ao ângulo entre a tocha e a peça do trabalho realizado, o ângulo é definido de acordo com o tipo de transferência metálica, como mostra a Figura 3.
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Figura 3 – Posição transversal da tocha do processo MIG/MAG
Fonte: ESAB (2005, p. 35).
O ângulo de deslocamento da tocha no processo de soldagem é uma variável no processo que afeta a quantidade penetrada de material de adição na metal base, ou seja, afeta na profundidade do cordão de solda. Na posição em que o ângulo de 90º e no sentido de deslocamento da direita para a esquerda, quando há a alteração para o sentido oposto e empurrando a tocha, é denominado sentido negativo, tem como consequência diminuição da quantidade de material depositado na peça, obtendo um cordão de solda mais superficial e com maior largura. O sentido positivo que é referencial, puxando a tocha até 25º ou menos, há aumento na taxa de penetração. (MACHADO, 1996).
Bracarense (2003) afirmou que quando não há alteração dos parâmetros de soldagem, somente alterando a posição do eletrodo, de perpendicular para alguma forma em que o regime do ângulo de trabalho fique entre 5 a 15º , resultará na diminuição de penetração, maior eficiência dos gases de proteção devido ao maior controle da poça de fusão e um cordão de solda com largura maior e altura menor.
O cuidado para conseguir fazer um cordão de solda com bons parâmetros geométricos e com boas propriedades mecânicas, como já evidenciado se dá pelo controle dos sentidos dos movimentos, se será empurrando ou puxando conforme a Figura 4 abaixo:
Figura 4 – Posições longitudinais do processo MIG/MAG
Fonte: ESAB (2005, p. 34).
. Conforme Machado (1996) explanou, modo de realização pode ser puxando ou empurrando, o modo puxando é quando o deslocamento da tocha é oposto ao do arco, já o puxando no mesmo sentido do arco, e afere diretamente na quantidade de material transferido para a peça.
FBTS (2016) evidencia que há diversas maneiras de como o processo é aplicado pelos soldadores, porém a técnica mais usual quando é puxando ou empurrando, é a de forma de um lado para o outro, comumente conhecida como movimente zigue-zague.
. Assim também há as condições em relação a posição vertical é definida pela Figura 5 quando ascendente ou descendente.
Figura 5 – Progressões ascendentes e descendentes do processo MIG/MAG
30
Segundo a FBTS (2016), a maneira de translação da tocha no sentido vertical da soldagem se dá pela prática e destreza do soldador, porém quando faz a soldagem ascendente possibilita maior aproveitamento da proteção dos gases de proteção, o que melhora o resultado do cordão de solda.
Vale evidenciar que a preparação da peça a ser soldada é uma importante tarefa para condicionar um cordão de solda com qualidade. Deve-se sempre fazer uma limpeza da peça, para a retirada de restos de tintar, ferrugens e impurezas.( FBTS, 2016)
Finalizando esse capitulo tem-se o sistema do processo GMAW é composto pela tocha, arame- eletrodo, alimentador do arame, fonte de energia, gás de proteção, cabos e peça. A corrente nesse processo é fundamental, pois ela determina a tensão aplicada e velocidade de alimentação. Sobre o procedimento de operação conclui-se ao realizar o processo deve-se atentar para as condições de limpeza da peça, dos cabos e da bancada, com o objetivo de evitar a contaminação do cordão de solda. Independentemente da progressão do processo, o importante é movimentar-se da maneira que possibilita uma boa visualização da ação trabalhada e de acordo com as competências do soldador, que vira ao decorrer de várias atuações práticas. A falta de penetração do metal de adição na soldagem compromete a qualidade do cordão de solda e o soldador deve extinguir esse problema, pois é de sua competência saber movimentar a tocha para não ficar distante demais da peça o que diminuiria a proteção do gás durante o processo ou perto demais colando o arame eletrodo na peça. Assim é necessária uma harmonia entre os parâmetros escolhidos para o processo e a destreza do soldador para garantir uma eficácia do processo.
3.3. PARÂMETROS DE SOLDAGEM
Quando se fabrica um produto o maior foco no fabricante é ser capaz de produzir um produto com qualidade, que vá agradar o mercado consumidor. Na soldagem para produzir um produto de qualidade, ou seja, um bom cordão de solda capaz de garantir a necessidade atribuída é necessário controlar os parâmetros de soldagem, dois parâmetros que deve-se atentar para a importância de um boa solda durante a fabricação são a tensão de soldagem, a indutância e o gás de proteção. Conforme foi evidenciado por (SOUZA et al, 2011).
American Welding Society (2013) diz que as variáveis do processo competem a qualificações do procedimento e do soldador.
Para obter um resultado de qualidade do cordão do filete de solda é necessário ter o controle das várias variáveis, portanto “as principais variáveis são a tensão, a corrente e a polaridade do arco de soldagem, a velocidade de deslocamento, a vazão de gás protetor, diâmetro e o comprimento do eletrodo percorrido pela corrente elétrica. ”, definiram (MARQUES et al.,2009, p.252).
Dividindo os parâmetros de soldagem em dois tipos tem-se que dependerá de variáveis relacionado ao procedimento e variáveis a qualificação do soldador. Quando sabe-se o tipo do material que recebera a soldagem que é denominado como metal-base, define-se o metal de adição que será utilizado para a fusão , o tratamento térmico depois da soldagem realizada, o preaquecimento , a escolha do gás se proteção , a posição da soldagem juntamente com o tipo de junta aplicada, as propriedades elétricas e por fim o tipo de técnica de soldagem, são portanto variáveis de procedimento, porem as mais relevantes são o metal-base, metal de adição e tratamento térmico que a peça sofrerá após o processo de soldagem. Já quando se depende das qualificações do soldador, os parâmetros são todos relevantes. Assim como antes o metal-base, metal de adição, as propriedades elétricas, o gás de proteção, o tipo de junta juntamente com forma da posição da soldagem. (WAINER et al. ,1992).
Scotti e Ponomarev (2008) definem quem a corrente e a tensão são os parâmetros mais importantes. A corrente de soldagem é um parâmetro de soldagem interligado com a velocidade de alimentação do arame, caso haver houver alteração na velocidade de alimentação do arame consequentemente alterará a corrente de soldagem aumentando ou diminuindo.
Conforme Bracarense (2003) concluiu sobre a corrente no processo GMAW, perante a condição de estabilidade das outras variáveis e somente intensificando a elevação da corrente que o metal base sofrerá maior taxa de deposição do metal de adição, a penetração e profundidade do cordão de solda será maior, porém deve se atentar para alterações na transferência do metal, pois há alteração na dimensão da gota de solda.
Já a tensão de soldagem esta interligada ao controla do tamanho do comprimento do arco. De modo que é de extrema importância que a tensão utilizada seja capaz de estabilizar o arco independente da correte do processo. Quando
utiliza-32
se uma tensão alta demais, consequentemente afeta a largura do cordão de solda e a maior produção de respingos, porém quando baixa demais afeta a estabilidade do arco. Para a correta definição da tensão tem-se que ser compatível com a corrente de soldagem e gás de proteção. (MARQUES et.al, 2009)
Souza et al., afirmam em sua obra que é a fusão responsável pelo controle e qualidade no momento de transferência do metal de adição para a base. Como causas de casos de más transferências tem-se quando o comprimento de arco é pequeno e o tempo de fusão do processo também fica pequeno, e a transferência do metal não é realizada corretamente entre o metal de adição, a poça fica instável e o metal base com um cordão de solda com péssima qualidade.
Outro parâmetro de extrema importante sobreo processo é a velocidade de soldagem, que é definida pela razão do descolamento do arco sobre a peça sobre o período de tempo da formação do cordão de solda. A alteração do cordão de solda é proporcional a velocidade da solda, caso for rápido o processo, o cordão de solda ter uma espessura fina, e a soldagem ficará mais superficial, a alta velocidade é aplicada somente quando utiliza-se a técnica de soldagem empurrando. Para deixar o cordão de solda com qualidade deve-se aumentar a velocidade de soldagem juntamente com a corrente de soldagem. (ESAB, 2005).
A velocidade de soldagem afere na geométrica do cordão de solda e está interligada a taxa de deposição. Em relação a demanda de produção, quando a produtividade de é alta necessita de alta velocidade de soldagem, mas o que deve ser majoritário é o cuidado para não ultrapassar as propriedades do material e resultar em peças com defeitos, trincas, cordões com pouca penetração, com falta de fusão, mordeduras. (TEIXEIRA, 2011)
A distância do eletrodo ao final do bico de contato e o ângulo de deslocamento da tocha de soldagem são reguláveis, ou sejam podem ser ajustados de diferentes maneiras durante o processo de soldagem. (MACHADO 1996)
De acordo com Machado (1996) o aumento da distância do eletrodo ocasiona o aumento da temperatura do eletrodo por efeito Joule e diminuição da tensão do arco elétrico, consequentemente haverá menor penetração e aumento da taxa de deposição.
O comprimento energizado do eletrodo, é relacionado com a distando do bico de contato a peça. Evidentemente que quando maior o comprimento menor a taxa de
deposição, e quando menor o comprimento do arco maior taxa de deposição. (MARQUES et. al,2009)
O diâmetro do arame fica diretamente ligado a capacidade de penetração, caso grande demais ele deixará falhas no preenchimento da poça de fusão, a quantidade de deposição fica comprometida. A escolha correta do diâmetro do arame tem que ser realizada de acordo com a espessura do metal de base, o tipo do posicionamento do processo e a faixa de corrente. (MARQUES et.al, 2009)
De acordo com Teixeira (2011) os gases de proteção possuem propriedades nas quais afetam diretamente o modo de transferência do metal de adição até o peça a ser soldada, de modo que afeta especificamente as propriedades da peça, nas caraterísticas mecânicas e metalúrgicas do cordão de solda, da geometria e aparência da solda, em relação ao tamanho, eficiência e avarias como mordeduras. Além de estar relacionado a estabilidade do arco elétrico, velocidade máxima do processo de soldagem e também aos custos do processo.
Segundo ESAB (2005), a vazão de gás de proteção se dá pela proporcionalidade em relação a corrente e a poça de fusão, ou seja, a função do gás de proteção é proteger a região da solda contra contaminantes e ajudar na transferência de elétrons, logo quanto maior for a corrente e a poça de fusão, a área da soldagem será maior e necessitará liberar uma vazão maior. Porém deve-se ficar atento pois altas vazões afetam a negativamente o cordão de solda, deixando-o com depressões.
Conforme evidencia Teixeira (2011) há três tipos de regimes da vazão do gás de proteção que são o turbulento, deficiente e laminar. Quando é turbulento há uma sucção de ar para o arco elétrico o que não é positivo pois pode haver comprometimento do arco. Já quando é deficiente pode ocasionar na contaminação do processo na poça de fusão. De modo que o regime da vazão do gás de proteção mais indicado para utilização do processo de soldagem é o laminar
Portanto ao analisar as condições do projeto para utilizar o processo MIG/MAG, deve-se atentar a técnica da soldagem, o tipo de transferência metálica que afeta o ângulo de trabalho, a função dos equipamentos e a importância da coerência no momento de definir os paramentos de soldagem, já que são fatores que influenciam a desenvoltura do processo e que consequentemente a qualidade do produto final do o cordão de solda. Os principais parâmetros são a tensão, a corrente, a polaridade, a velocidade de deslocamento, a vazão de gás, o comprimento do eletrodo e a distância
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Do eletrodo a peça, de modo que as varáveis mais relevantes do processo são o metal. Base e metal de adição juntamente com o ao tratamento térmico rque a peça recebe ao final do processo de soldagem. Assim viu-se a relação entre o comprimento do arco, a velocidade de alimentação e a alteração da tensão, na qual torna-se instável ou não no processo. Além disso tem –se a relação da corrente com a velocidade de soldagem, na qual tornam-se proporcionais quando sofrem aumento.
4. GASES DE PROTEÇÃO
O ar atmosférico é um contaminante no processo de soldagem, por isso deve se fazer o máximo para evita-lo da região da solda, sendo assim é o gás de proteção tem como função expulsar o ar atmosférico, ou seja, evitar a contaminação da poça de fusão, conforme (ESAB, 2005).
Em sua obra Moreira (2008), explicou que além de proteger poça de fusão contra atmosferas poluentes, os gases de proteção são capazes de aumentar ou diminuir a quantidade de material transferido do arame eletrodo para a metal base. Além disso aferem a estabilidade do arco que consequentemente afeta no resultado do cordão de solda.
De acordo Wainer et al. (1992), o tipo do gás de proteção escolhido influência na transferência e nos formatos do arco e do cordão, evidenciado na figura abaixo que evidencia a aplicação do argônio e do dióxido de carbono. Como monstra a Figura 6, cuja a representação de (a) é para o gás de argônio, já a (b) é a do CO2.
Figura 6 – Efeito do tipo de gás de proteção no formato do cordão
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Já Marques et al. (2009) definiram que no processo GMAW possui gases inertes, ativos e misturas de gases, sendo assim são capazes de influenciar as propriedades do arco, da transferência metálica, a taxa de fusão, taxa de deposição que são taxas ligadas a quantidade penetrada do metal de adição da solda no processo, o formato do cordão as propriedades dele também são afetadas, podendo alterara velocidade máxima de soldagem, o que poderia em alguns casos gerar trincas, mordeduras e outros tipos de defeito no cordão, gerando um custo maior no processo
Independe do tipo de gás escolhido para ser utilizar, sempre deve evitar que aconteça a incidência de corrente de ar durante a solda, devido ao comprometimento da proteção da poça de fusão. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008.).
Conforme MOREIRA (2008) dissertou em sua obra que o processo GMAW necessita de uma atmosfera protetora, que é acontece devido a presença de gases ou misturas de gases de proteção. De modo que esses gases têm como propriedades o potencial de ionização, a condutividade térmica e o potencial de oxidação.
O conceito de potencial de ionização é devido a capacidade de um elétron retirar um átomo de um determinado gás através da diferença de potência, transformando-o em um íon. Contudo essa remoção de átomo é capaz de gerar instabilidade no arco ou fortalecimento do arco, como por exemplo o gás argônio devido suas propriedades químicas, é mais passivo que seus átomos sejam transformados em íons o que proporciona ao processo maior estabilidade do arco. (MOREIRA, 2008)
Segundo Moreira (2008) os gases de proteção têm alta condutividade térmica, isto está vinculado ao fato de que o calor gerado pela fonte de energética do processo, ser capaz ou não de possibilitar abrir o arco, dando início do processo e aferindo o resultado da microestrutura do cordão de solda.
A capacidade oxidante de um gás de proteção afere na microestrutura do material, na eficiência do arco e na quantidade de material transferido para a peça. Exemplificando o potencial de oxidação tem-se a utilização de O2 que melhora a
desempenho de proteção do arco, pois o arco estará mais estável e limpo. (MOREIRA, 2008)
Conforme Scotti e Ponomarev (2008), a eficiência do processo se deve à proteção da poça de fusão e das gostas em transferências de reações com elementos
nocivos presente no meio ambiente. O gás de soldagem pode ter comportamento reativo com o metal de solda.
A aplicação de gases de proteção é uma ótima solução para reduzir ou extinguir trincas, escória, falta de penetração, ou seja, comprometimento negativamente o cordão de solda. Os gases de proteção melhoram as propriedades do arco, no modo de transferência dos metais, na limpeza em geral do processo e na propriedade mecânica da metal base. (BRACARENSE, 2003)
4.1. TIPOS DE GASES
A para uma aplicação correta, a escolha do gás de proteção é depende de fatores relativos dos materiais e de fatores do modo operacional do processo, conforme (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
“Os principais gases utilizados no processo MIG/MAG são argônio (A), hélio (He), o dióxido de carbono (CO2) e oxigênio (O), eles podem ser utilizados isolados,
misturados entre eles mesmo ou com outros gases ativos”, constataram (WAINER et al. ,1992, p. 112).
“A adição de gases ativos (CO2 e/ou Oxigênio) aos gases inertes visa melhorar
a estabilidade do arco, e é utilizada no processo MAG”. (WAINER et al. ,1992, p. 113) Em relação a aplicabilidade desses gases temos que o argônio é um composto químico inerte aplicado em todas as ligas, exceto em aços, já o Hélio é também inerte e tem aplicação no alumínio, magnésio e cobre. O CO2 é um composto oxidante
utilizado em aços-carbono e aços de baixa liga. Assim relatou (WAINER et al. ,1992). A estabilidade do arco, somente é possível graças as propriedades químicas dos gases, nas quais afetam a capacidade da troca de calor, o potencial de oxidação e ionizante. Os gases inertes seriam aqueles que não reagem quimicamente com a metal base, já os ativos, são aqueles puros ou em combinação com gás inertes, que tem maior reatividade química moderada e controlada. (MARQUES et al.,2009). Conforme a Tabela 1 tem-se as propriedades dos gases de proteção comparando com o ar atmosférico.
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Tabela 1- Propriedades dos gases de proteção
Gás Símbolo químico Peso Molecular D (kg/m³ PI(eV) CT( mW/ m.K) Cv (kJ/kg°C) Argônio Ar 39,90 1,78 15,80 16,40 0,140 Dióxido de Carbono CO2 44,00 1,78 14,00 14,70 0,657 Hélio He 4,00 0,18 24,60 142,60 3,110 Hidrogênio H2 2,10 0,07 13,50 168,30 10,170 Nitrogênio N2 28,00 1,16 14,50 24,00 0,742 Oxigênio O2 32,00 1,33 13,20 24,20 0,653 Fonte: Scotti; Ponomarev (2008, p.98).
O argônio (Ar) é o gás mais utilizado no processo MIG/MAG, ele é definido como um gás inerte não toxico, incolor e inodoro, devido suas propriedades químicas tem baixo potencial de ionização, ou seja, proporciona maior facilidade para abrir o arco e manter estável, na posição plana tem maior eficiência e isso é devido ao fato da densidade dele ser maior que a do ar. É aplicado em materiais não ferrosos e reativos, já que possui um baixo potencial de ionização, o que também resulta na aplicação quando a transferência for goticular. Porém estudos apontam que quando utilizado ajuda na formação do ozônio (O3), que é um gás tóxico, aplicado em misturas binárias e terciarias. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
O hélio (He) é inerte, porém de custo mais elevado que o argônio, possui alto potencial ionizante, tem maior capacidade de trocar calor, o que difere do argônio já que tem maior resistência para abrir o arco e é necessária maior quantidade de tensão para abrir o arco. Mas a maior capacidade de trocar calor também afere na velocidade de soldagem, que ele pode suportar maiores e possibilita maior facilidade para soldar materiais de alta condutividade. O He não é um gerador de O3 (ozônio) em potencial.
O resultado de sua utilização são perfis arredondando e pouca penetração, o que característica sua aplicabilidade na transferência por curto circuito, (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
Abaixo segue a o Quadro 2 comparando as características do argônio e do hélio.
Quadro 2- Comparação entre argônio e hélio puros
Características Argônio Hélio
Condutividade térmica Baixo Elevada
Tensão do arco Menor Maior
Calor gerado no arco Menor Maior
Aplicações
Chapas finas Metais de baixa condutividade
térmica
Chapas grossas Metais de elevada Condutividade Penetração central Maior que nas laterais Menor
Largura do cordão Mais estreito Mais largo
Transferência metálica Todos os tipos Globular ou curto-circuito
Estabilidade do arco Boa Instável
Velocidade de soldagem Menor Maior Efeito de limpeza na soldagem de
alumínio e suas ligas Maior Menor
Custo/volume de gás Menor Maior
Peso em relação ao ar 38% a mais 14% do ar
Fonte: Wainer (1992, p. 112).
Conforme Bracarense (2003) explanou o argônio e hélio são gases inertes aplicáveis principalmente em materiais não ferrosos, aços inoxidáveis carbono e baixa liga. O que difere principalmente esses gases á a densidade do hélio que é menor, condutividade térmica que do argônio é bem mais baixo do que o hélio e aplicação do hélio que é em chapas grossas e do argônio que é em chapas finas.
O CO2 é extremamente utilizado na soldagem GMAW, nas misturas binarias e
terciarias de hélio e argônio, possui baixo preço de mercado e é aplicado em soldagem de aços com baixo teor de carbono. Não realiza funções com materiais reativos. Tem como característica alta capacidade de trocar de calor, necessita de maior tensão para dar continuidade de arco aberto, quando não controlado corretamente gera uma quantidade significativa de respingos e pode haver falta de penetração. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
Quando comparado com o argônio o dióxido de carbono apresenta um cordão de solda mais largo e arredondado, as causas disso, são a elevada condutividade térmica, que aumenta a transferência de calor para o material que foi soldado. (FERREIRA FILHO et al, 2003)
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O oxigênio não é considerado um gás de proteção pois não é utilizado diretamente assim, é fonte de misturas binárias e ternarias baseadas em Ar. Quando aplicado possibilita melhora na estabilidade do arco, diminuindo a tensão da poça de fusão e da superfície da gota. Esta diminuição da tensão superficial ajuda a redução dos respingos, pois facilita a formação das pequenas gotículas. Além disso é capaz de diminuir porcentagem de mordeduras da soldagem. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
Conforme evidenciado por Ferreira Filho et al. (2013), o gás oxigênio proporciona para o cordão de solda uma redução da tensão superficial, aumenta a eficiência do arco, tornando a região poça de fusão com mais material fundindo para a soldagem.
Comparando a aplicação do gás oxigênio e dióxido de carbono tem –se que o aumento da corrente é proporcional ao aumento desses gases com o ar, pois diminui a aumenta a condutividade térmica do processo, de modo que afere positivamente ou negativamente a estabilidade do arco. (FERREIRA FILHO et al., 2003)
Nitrogênio não é considerado como componente de maior importância em uma devida mistura de gás de proteção, possui alta entalpia, transfere mais calor para a solda, e infelizmente possibilita a formação de poros. É aplicado em aços inoxidáveis quando disponibilizado em pequenas porcentagens, menor que três por cento. (TATAGIBA et al. , 2012)
4.2. MISTURA DE GASES E SUAS FUNÇÕES
Scotti e Ponomarev (2008) descrevem como o principal motivo de atender às exigências especificas da qualidade da solda, as misturas de gases são elaboradas com a mistura dos elementos evidenciado no tópico anterior. As misturas de gases são: Argônio – CO2, Argônio-oxigênio, Argônio-oxigênio-CO2, hélio e
Argônio-helio-CO2, Argonio-CO2-hidrogênio e argônio-CO2-nitrogênio.
Exemplificado por Wainer et al. (1992, p. 115) que define, a adição de argônio ao CO2 tem as seguintes vantagens: melhorar a aparência do cordão, diminui a
quantidade de respingos, e a temperatura do arco é menor para as chapas mais finas. A mistura com mais aplicabilidade do processo GMAW é a argônio-CO2. É
aplicada em aços de baixo carbono, quando tem-se entre 3% a 25% de teor de CO2.Já
do teor de CO2 menor do que 3%. Quando inclui dióxido de carbono em argônio,
melhora completamente a estabilidade do arco, aumentando a propriedade do gás sobrea soldagem otimizando o processo da soldagem por circuito. Para aplicação geral no mercado há três condições que podem ser encontradas, quando utilizar transferência por curto-circuito e chapas com espessura maior que 6 mm, o teor de dióxido de carbono deverá ser entre 18 a 25%. Porem quando for possível a realização de transferência gotícular, ou curto-circuito com a chapa de espessura menor de 3 mm, que são consideradas finas é necessário utilizar entre 8 a 15% de dióxido de carbono. No último caso é mais indicado em soldagem de chapas consideradas muito finas, o teor de dióxido de carbono entre 3 a 5%. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
De acordo com Tatagiba et al. (2012) quando se aplica argônio com dióxido de carbono quando o objetivo é obter uma solda com boa penetração e com baixa quantidade de inclusões.
A utilização da mistura argônio com oxigênio, possibilita melhoria na estabilidade do arco e aumento da frequência de transferência, reduz a corrente de transição e é determinante na qualidade do cordão de solda. Para aços carbono utiliza-se teores de oxigênio menores que 5%, já para aços inoxidáveis teores menores que 2% de oxigênio. Lembre-se que a aplicação dessa mistura é para transferência goticular. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008)
O oxigênio é responsável pelo aumento da transferência do metal, e a medida com que a corrente aumenta ou diminui ele possibilita uma melhoria no cordão de solda. (TATAGIBA et al. 2012)
Argônio com oxigênio e com dióxido de carbono é uma das misturas de gases proteção com mais versatilidade, já que pode ser aplicada em diferentes modos de transferência, goticular ou curto-circuito, além disso quando feito a soma do oxigênio com o dióxido de carbono não pode ficar com porcentual maior que 8%, tem aplicação em aços comuns e de baixa liga, geralmente com processos automatizados. (ESAB, 2005).
A adição do hélio em argônio é em função de poder alcançar uma faixa de material de difícil acesso para a soldagem, os materiais não ferrosos, que são materiais que possuem em sua estrutura cobre, níquel, alumínio dentre outros. O hélio tem alta capacidade de trocar calor, assim deve ser aplicado em materiais com a maior espessura. Utiliza-se argônio com hélio com a faixa de teor de hélio entre 5 a 25%, deve-se atentar para quando a quantidade de hélio estiver influenciando o aumento
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da tensão, que consequentemente aumentará os respingos do processo. Quando for necessário aplicar esse elemento em aços, deve-se adicionar o dióxido de carbono, ficando assim uma mistura de argônio com hélio e dióxido de carbono, dentre a faixa menor que 5% de CO2, para aplicação em aço inoxidável com transferência metálica
por curto-circuito. Entretanto quando o processo for automatizado e com aços ao carbono utilizar a mesma faixa menor que 5% de CO2 porém a quantidade de hélio
deve ser menor que 10%. (SCOTTI; PONOMAREV, 2008).
A adição do hidrogênio possibilita a criação da mistura argônio com dióxido de oxigênio e hidrogênio, já a adição de nitrogênio possibilita a mistura argônio dióxido de oxigênio e nitrogênio. Ambas as misturas atender as transferências goticular e por curto-circuito, e também em aços inoxidáveis austenísticos. A diferença está que quando a soldagem for feita com argônio-CO2-hidrogênio não pode ser executada em aço que possuem altos teores de carbono, ou aços inoxidáveis martensíticos, pois o hidrogênio facilitaria a formação de trincas. A mistura argônio-CO2-nitrogênio deve ser aplicada com cuidado em aços inoxidáveis, sempre controlando as porcentagens de cromo e de níquel. ( TATAGIBA et al. 2012)
A figura a seguir tem a representação de como fica a seção transversal de um cordão de solda feito com diferentes tipos de misturas e gases:
Figura 7- Contorno e penetração do cordão de solda
Fonte: Wainer (1992, p. 114).
Logo conclui-se que nas misturas de gases devem ser de acordo coma necessidade do projeto, para proporciona qualidade na solda, a mistura de ar gônio-oxigênio, a adição de oxigênio aumenta a estabilidade do arco e a frequência de
transferência, diminui a corrente de transição e influencia na forma do cordão de solda. Argônio-oxigênio-CO2 são misturas versáteis, por causa da capacidade de operar nos modos de transferência curto circuito e goticular. Argônio-hélio e Argônio-helio-CO2
utilizados em geral em matérias nãos ferrosos, como ligas de alumínio, de cobre e de níquel. Argonio-CO2-hidrogênio e argônio-CO2-nitrogênio são desenvolvidos para a soldagem de aços inoxidáveis autênticos com transferência goticular ou por curto-circuito. Vale lembrar que a adição do dióxido de carbono, do hidrogênio ou do nitrogênio proporcionam melhorias no acabamento da superfície do cordão de solda, pois aumentam a quantidade de calor adicionado ao metal base e velocidade do processo de soldagem fica maior.
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho voltado para o estudo do processo GMAW, atendeu os resultados inicialmente propostos, uma vez que no primeiro capitulo definiu que o processo GMAW utiliza como gases de proteção o Ar, He, O, H2 e N2. Os gases inertes são
aplicados nos aços-carbono, aços de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis, soldagem de alumínio, magnésio e cobre com ligas, já os ativos na soldagem de aços de baixo carbono e aços de baixa liga. Concluindo pelos modos de transferências metálicas tem –se que a escolha da transferência afere a geração de respingos, controle do arco, e o aumento e diminuição da taxa de deposição.
No processo de soldagem MIG/MAG para alcançar um cordão de solda com qualidade é necessário saber que os principais parâmetros são a tensão, a corrente, a polaridade, a velocidade de deslocamento, a vazão de gás, o comprimento do eletrodo e a distância do eletrodo até a peça, sendo assim o controle desses parâmetros deve ser harmonioso.
As principais misturas de gases de proteção que utilizadas são: Argônio – CO2
que são aplicados nos aços carbono; Argônio-oxigênio em aços-carbonos, de baixa
liga e inoxidáveis; Argônio-oxigênio-CO2 atende o conjunto de aços comuns baixa
liga de aço; Argônio-hélio soldagem realizada em alumínios, cobre, magnésio e níquel e suas ligas; Argônio-helio-CO2 são aplicados nos aços de baixa liga e aços
inoxidáveis; Argonio-CO2-hidrogênio e argônio-CO2-nitrogênio são aplicadas em aços
inoxidáveis as tenísticos com transferência por curto circuito, lembrando que argônio-CO2-nitrogênio deve ser aplicada com cuidado em aços inoxidáveis, sempre
controlando as porcentagens de cromo e de níquel.
O estudo do processo MIG/MAG utilizando curto circuito controlado eletricamente e eletronicamente, e o estudo do processo MIG/MAG com Duplo arame, ficam como sugestões futura desse tema, pois são inovações vindas para aumentar a produção e manter-se atualizado na evolução dos gases de proteção, pois há novos estudo para possibilitar aumento da taxa de deposição, diminuição dos respingos e melhor qualidade no cordão de solda.
REFERÊNCIAS
AMERICAN WELDING SOCIETY. Welding Handbook: Volume1: Fundamentals of welding, Volume1. MIAMI: Palgrave,2013.
BRACARENSE, Alexandro Queiroz. Gas Metal Arc Welding. [S.I.], 2003. Disponível em:< http://asmtreinamentos.com.br/downloads/soldador/arquivo116.pdf>. Acesso em: 15 nov. 2018.
FBTS. Inspetor de Soldagem. Rio de Janeiro, 1987. Disponível em :
<https://pt.scribd.com/doc/101922646/Apostila-FBTS-N1-Inspecao-de-Soldagem >. Acesso em: 15 no 2018.
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