SOLDAGEM TIG SOLDAGEM TIG

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SOLDAGEM TIG

Prof. Valtair Antonio Ferraresi

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SOLDAGEM TIG

A soldagem com eletrodo não consumível de tungstênio e proteção gasosa (GAS TUNGSTEN ARC WELDING – GTAW (EUA) ou TUNGSTEN IONERT GAS – TIG (EUROPA) ) é um processo no qual a união de peças metálicas é produzida pelo aquecimento e fusão desta através de um arco elétrico estabelecido entre a peça e o eletrodo, não consumível, de tungstênio. A proteção gasosa serve para estabilizar o arco elétrico e a poça de fusão.

A adição de metal de enchimento pode ser ou não feita.

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Característica do Processo:

 A proteção do eletrodo e da poça de fusão contra a oxidação do ar é feita por um gás inerte, geralmente argônio, hélio ou uma mistura destes;

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Vantagens

 Este processo possui excelente controle do calor cedido à peça, devido ao controle independente da fonte de calor e da adição de metal;

 Possibilita a soldagem sem a adição de metal (chapas finas);  Não existem reação metal-gás e metal-escória, sem grande geração de fumos, o que permite ótima visibilidade para o soldador;  Possui um arco elétrico suave,

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LIMITAÇÕES

 A taxa de deposição é menor que em processo com eletrodo consumível (para uma dada corrente);

 É menos econômico para espessuras maiores que 10 mm;  Exige mais destreza do soldador para soldagem manual;

 Dificuldade em manter a proteção gasosa em trabalhos de campo.

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Aplicações

 É aplicado à maioria dos metais e suas ligas, numa ampla faixa de espessura (incluindo soldas dissimilares);.

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Equipamentos:

Fonte de energia (CA ou CC), cabos, tocha, eletrodo de tungstênio, fonte de gás de proteção com regulador de vazão, ferramentas e material de proteção. Para a abertura de arco em CA - ignitor de alta freqüência.

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Fontes de energia

As fontes de energia podem apresentar diversas variações em termos do projeto, capacidade e características operacionais.

Característica estática da fonte - Fonte de Corrente Constante

T ens ão ( V) CEF T ens ão (V ) CEF a‘ a_{0 a“} a‘ a0 a“

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Fontes de energia

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Fontes de energia

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Fontes de energia

5 – 700A Welding Range 500A @ 40V, 100% Duty Cycle

Amperage Range = 5-300 amps

Duty Cycle = 40% @ 250A/30V

VARIÁVEIS DO PROCESSO  Comprimento de arco (voltagem);  Corrente;

 Velocidade de soldagem;  gás de proteção;

 tipo, diâmetro e ângulo da ponta do eletrodo;  alimentação do material de adição.

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A faixa de ajuste de corrente (dependendo da capacidade da fonte) (~ 20A a 400A.

Fontes de energia com controle eletrônico podem fornecer corrente contínua, alternada, alternada com onda retangular e pulsada.

CORRENTE DE SOLDAGEM

C orre nte ou tensão Tempo + _ Tempo + _ Tempo + _ Tempo + _ C orre nte ou tensão C orre nte ou tensão C orre nte ou tensão (a) (b) (c) (d) 14

Corrente de soldagem

15 Cátodo (-) Ânodo (+) Metal de base Eletrodo elétron íon

Fonte Fluxo de elétrons do eletrodo para o metal de

base - fenômeno denominado “Emissão Termiônica”,_{que demanda pouca energia} (baixa tensão, para uma dada corrente) e, conseqüentemente, aquece pouco o eletrodo. Esse tipo de corrente e polaridade se aplica para a soldagem de aços ao carbono, de baixa liga e de aços inoxidáveis. A Emissão Termiônica (Também denominada de Emissão por Cátodos Quentes) acontece a altas temperaturas em alguns materiais de alto ponto de fusão e refratários, que passam a emitir espontaneamente elétrons.

CORRENTE CONTÍNUA

CC-CORRENTE CONTÍNUA CC+

EM CC + o arco elétrico é menos estável que com a corrente CC – e normalmente utilizado em chapas finas;

É aplicado em situações em que se deseja pouca penetração e eficiente remoção de óxidos da superfície da chapa soldada.

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tempo

Cor

re

n

te

Corrente Pulsada

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Corrente contínua pulsada, CP é usada em baixa freqüência (2 a 10 Hz) para tentar controlar a poça de fusão.

O cordão assume um bom aspecto, com estrias finas e regularmente espaçadas, diminui a susceptibilidade à formação de trincas de solidificação.

A pulsação em alta-freqüência tem por objetivo enrijecer o arco, tornando-se uma importante ferramenta para soldagens com níveis de corrente muito baixos

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CORRENTE ALTERNADA

Utilizada em solda de alumínio, magnésio e suas ligas.

Em CA – deve ter uma defasagem de 90º para não haver a extinção do arco. Mesmo assim, ocorre uma instabilidade do arco – Utilizar um sinal de alta tensão e alta freqüência continuamente.

CORRENTE ALTERNADA ONDA QUADRADA

Com o advento de novas tecnologia na área da eletrônica foi possível a construção de máquinas eletrônicas que geram corrente alternada com onda retangular, eliminando a necessidade da sobreposição de sinal de alta tensão e alta freqüência.

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CORRENTE ALTERNADA

Eletrodo elétron íon Ânodo (+) Metal de base Camada de óxido Cátodo ( -) Fonte

Teorias - “Emissão por Campo”, também conhecida como “Emissão por Cátodo Frio”, é a de que por sobre a poça se forma uma camada muito fina de óxido (1 a 10 mícron), a qual libera elétrons facilmente, tornando-se carregada positivamente.

Por alguma razão, elétrons se concentram sob esta camada de óxido (de cerca de 1 nm de diâmetro), criando um elevado gradiente elétrico (estimado em 109_V/m). Estes elétrons adentram à camada de óxido, gerando alta temperatura.

O calor liberado nesses pontos é suficiente para fundir e evaporar localmente a camada de óxido nessa região (limpando o óxido).

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Abertura de arco

Não é recomendado acender o arco por contato eletrodo peça (contaminação).

Existiam basicamente 3 formas de acendimento:

Alta freqüência Arco piloto Alta tensão

3kV a 5 KHz Interferência Arco entre o eletrodo e bocal Complexo 10 kV Risco de choque elétrico

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Técnicas tradicionais:

Arco-piloto: necessita de eletrodo e fonte

de corrente secundários e é pouco usado.

Ignitor de alta freqüência: gera,

superposto à corrente de soldagem um sinal de alta tenção e alta freqüência, com valores em torno de 3KV e 5KHz, que produz a ionização da coluna de gás entre o eletrodo e a peça, permitindo a abertura do arco com baixas tensões na fonte da soldagem. Apesar de ser de alta tensão, este sinal é de baixíssima potencia e não oferece perigo para o operador. Dispositivos para abertura do arco:

Abertura de arco

Alta tensão: técnica utiliza apenas em sistemas automatizados, devido

ao grande risco do operador sofrer um choque elétrico letal ao abrir o arco com uma tensão DC de 10KV.

Abertura de arco

Técnicas modernas:

Contato programado - Rampa de corrente é apenas usada em fontes

eletrônicas e permite a abertura com o toque do eletrodo na peça, mas com uma corrente inicial bem reduzida, insuficiente para permitir sua fusão e transferência para a peça. Após a abertura, a corrente no arco é elevada até o valor de operação selecionado.

25 Manuais:eletrodo e cabo em ângulo de 90º a 120º;

com interruptor para acionar ignitor, corrente e vazão de gás;

Automáticas:retas para montagem em suportes posicionadores;

Refrigerada a água ou gás:o cabo de corrente geralmente é embutido no conduite de refrigeração (tochas refrigeradas a água geralmente são mais leves, mas são menos silenciosas).

Tipos de tocha

Bicos de contato e fixadores de eletrodos:

em pares (função do diâmetro do eletrodo);

feitos de liga de cobre.

Bocais:diferentes formas e tamanhos; função de direcionar o gás em regime laminar;

os mais usados são os cerâmicos (mais baratos porém quebradiços);

os de metal refrigerados a água (para altas correntes, vida longa);

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TOCHA PARA SOLDAGEM TIG

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Tocha TIG refrigerada a água

TOCHA PARA SOLDAGEM TIG

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Tocha TIG mecanizada

TOCHA PARA SOLDAGEM TIG

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Bocal

Objetivo - produzir um fluxo laminar do gás de proteção.

Os aspectos mais importantes nos bocais são suas dimensões e perfis. Os bocais devem ser largos o suficiente para prover cobertura da área de soldagem pelo gás e devem estar de acordo com o volume e a densidade necessária do gás no processo.

Bocal

Os bocais são produzidos em diversos comprimentos, sendo que os mais longos provêm um fluxo mais firme e menos turbulento. Outro recurso utilizado na melhoria do fluxo são “gas lens”, que asseguram um fluxo laminar do gás de proteção, através de sua estrutura porosa que é fixada ao redor do eletrodo. Desta forma, elas permitem ao operador trabalhar com a extremidade da tocha a uma maior distância da peça, auxiliando na visualização e facilitando o trabalho em locais de difícil acesso para a tocha, como cantos.

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Eletrodos

Apesar de não serem fundidos para fazer parte do cordão de solda, os eletrodos utilizados na soldagem TIG sofrem desgaste, sendo, por isso, enquadrados como consumíveis do processo . Fornecidas com 150 a 175 mm de comprimento de tungstênio puro ou com pequenas adições de óxidos de tório (denominado tória), de zircônio (zircônia), de lantânio (lantânia), de cério (céria), ou ainda de outras terras raras.

Designação ANSI/AWS

A5.12

Composição

(impurezas totais 0,10 %) Cor de identificação Aditivo Óxido tungstênio

EWTh-2 ThO2: 1,70 - 2,20 % Balanço Vermelha

EWLa-1.5 La2O3: 1,30 - 1,70 % Balanço Dourada

EWP 99,95 % Verde

EWLa-1 La2O3: 0,80 - 1,20 % Balanço Preta

EWZr-1 ZrO2: 0,15 - 0,40 % Balanço Marrom

EWCe-2 CeO2: 1,80 - 2,20 % Balanço Alaranjada

EWLa-2 La2O3: 1,80 - 2,20 % Balanço Azul

EWTh-1 ThO2: 0,80 - 1,20 % Balanço Amarela

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Eletrodos

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Afiação do eletrodo - facilita a emissão de elétrons por Efeito Termiônico

(além da ponta facilitar o aquecimento por ter menos volume, há o efeito emissivo das “pontas”) e por garantir um arco estável.

Uma forma de manter a ponta do eletrodo afiada durante a soldagem é por meio da seleção correta do tipo de eletrodo.

Polaridade direta (eletrodo negativo), aplicadas em aços ao carbono e

inoxidáveis, os eletrodos dopados com tória, lantânia ou céria são recomendados justamente pela capacidade de manter a ponta afiada em ângulo. Facilita a abertura de arco e confere maior estabilidade à soldagem.

Corrente alternada, aplicadas em alumínio e ligas similares, maior

aquecimento da ponta do eletrodo.

- Eletrodo de tungstênio puro, a ponta do eletrodo se funde, ficando com uma forma abaulada. Apesar da perda de afiação é utilizado em soldagem a plasma.

- Óxido de zircônio (zircônia), componente que, também por facilitar a emissão termiônica, reduz a temperatura de trabalho do eletrodo, mas sem conseguir evitar a fusão da ponta. São utilizados no processo a plasma, porém são mais caros.

Eletrodos

W puro CA (180 A) W com 2 % de ThO2 CA (180 A) W com 1,5 % de La2O3 CA (215 A) W puro CA (180 A) W com 2 % de ThO2 CA (180 A) W com 1,5 % de La2O3 CA (215 A)

-Deve-se tomar cuidado ao se utilizar eletrodos torinados, lantanados ou cerinados em soldagem a plasma CA, podem ter suas pontas danificadas. Mas ao invés da fusão e do conseqüente abaulamento da ponta, ocorrem explosões periódicas da ponta do eletrodo, tornando o arco instável e lançando pedaços do eletrodo que podem contaminar o cordão.

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Eletrodos

38 Rotação do disco abrasivo Afiação correta

Marcas deixadas pela afiação incorreta Marcas deixadas pela afiação correta Rotação do

disco abrasivo Afiação correta

Marcas deixadas pela afiação incorreta Marcas deixadas pela

afiação correta Parafuso de aperto Pinça Porta pinça

Angulador

Exemplos de afiador de eletrodo

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Sistema de alimentação de arame

A alimentação do metal de adição pode ser feita de forma independente, utilizando um sistema convencional de soldagem MIG/MAG ou um equipamento específico para este caso.

O uso de “caneta alimentadora” permite ao soldador, através de um reostato no próprio corpo da caneta, regular a velocidade com que o arame é alimentado.

Os alimentadores de arame devem possibilitar uma alimentação constante, em baixas velocidades (de 0 a 7 m/min) e com regulagem (resolução) de pelo menos 0,05 m/min, características normalmente não obtidas com alimentadores para MIG/MAG.

Caneta alimentadora Caneta alimentadora

Alimentação de arames

Alimentação de arames

Pode ser manual ou contínua; Se contínua necessita de guias; Com varetas ou arames.

41 Varetas Arames embobinados

Varetas Arames embobinados

Alimentação de arames

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Gases

Gases de proteção e purga; Ar e He são os mais comuns; He transfere mais calor (mais caro); A vazão de He deve ser maior pois este é menos denso;

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Técnicas de soldagem

Manual Automática: – Orbital – Linear – AVC – Oscilação do arco: » Mecânica » Magnética

Técnicas de soldagem

Técnica para a soldagem GTAW manual com metal de adição: (a) Desenvolvimento da poça de fusão, (b) recuo da tocha, (c) adição de material, (d) afastamento da

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Os cabeçotes orbitais são utilizados na mecanização da soldagem de tubos e dutos em uma variedade de espessuras, em situações em que a qualidade da solda deve estar em conjunto com a produtividade. Dentre os diversos setores que os mesmos são empregados, pode-se citar: a indústria de extração e refino de petróleo, bem como transporte de seus derivados, a indústria aeroespacial, farmacêutica, nuclear e naval.

Orbital:

Técnicas de soldagem

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Orbital:

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Orbital:

Técnicas de soldagem

Técnicas especiais

Arame quente

No processo de arame quente há um preaquecimento por resistência elétrica. O arame é aquecido por uma fonte que opera em CA e fonte com característica estática de tensão constante. A CA minimiza o efeito do sopro magnético.

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Soldagem por Pontos

Técnicas especiais

Soldagem de filete Soldagem de aresta Soldagem de filete Soldagem de aresta

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TIG com dupla proteção: maior constrição do arco pelo fluxo externo;

TIG multieletrodo: possibilidade de maior produtividade; A-TIG: aumento da produtividade por uso de fluxos ativos.

Técnicas especiais

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PROBLEMAS OPERAIONAIS

O arco se apresenta errático ou não se mantém:

-

O metal de base não foi convenientemente limpo;

- A junta é muito estreita e o arco oscila entre as faces do chanfro; - O arco está muito longo;

- O eletrodo está contaminado;

- O eletrodo é de diâmetro muito grande para a corrente utilizada – densidade de corrente muito pequena;

- O contato elétrico do eletrodo na tocha está defeituoso.

Contaminação do metal base pelo eletrodo:

- A ponta do eletrodo funde – corrente excessiva para a bitola ou polaridade do eletrodo;

- Contato entre o eletrodo e a peça durante a soldagem ou durante a abertura do arco (não está utilizando o sistema de abertura de arco de forma correta).

PROBLEMAS OPERAIONAIS

Desgaste muito rápido do eletrodo:

- Abertura do arco por contato;

- Falta de gás de proteção (eletrodo oxida) – manter o gás fluindo após a extinção do arco (1seg para cada 10 A); aumentar a vazão de gás; verificar fugas ou interrupção no gás;

- A bitola do eletrodo é pequena para a corrente empregada;

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Os principais tópicos a serem observados nos itens de segurança são: 1. Usar sistematicamente o equipamento de proteção individual; 2. Cuidados na manipulação de cilindros pressurizados;

3. Evitar a aspiração de Gases tóxicos associados ao processo (ozônio, dióxido de nitrogênio, etc.), gases inertes de proteção ou fumos metálicos;

4. Proteger-se da energia radiante, especialmente na pele e olhos (cuidados especialmente com UV, inclusive refletido pelas paredes); 5. Proteger-se de choques elétricos.

6. Evitar a aspiração de partículas radioativas quando da preparação de eletrodos com adição de Tório.

PRÁTICAS DE SEGURANÇA

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