Trabalho de soldagem, processos e fontes utilizadas na soldagem

Trabalho de soldagem, processos e fontes utilizadas na soldagem

Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC

Departamento de Engenharia Mecânica - EMC

Curso de Engenharia Mecânica

EMC 5262 – Tecnologia da Soldagem

Professor:Dr. Carlos Enrique Niño Bohorquez

TRABALHO DE SOLDAGEM

Resolução das Questões Propostas

Elisiário Hermes de Sousa Junior – 02239116

João Paulo A. Prado O. E Sousa - 02239337

Florianópolis, 23 fevereiro de 2006.

  • Comparação feita entre os processos TIG, MIG/MAG e Eletrodo Revestido quanto a:

a) Eficácia da proteção

b) Fator de carga (Duty Cycle)

c) Produção

d) Facilidade de automatização

e) Tipos de corrente que podem ser usadas

  • Eficácia da Proteção

Os processos TIG (Tungsten Inert Gas) de eletrodo permanente, e MIG/MAG (Metal Inert/Active Gas) de eletrodo consumível, são processos de soldagem a arco voltaico, em que a proteção do metal liquido ou em solidificação, pode ser obtida por meio gasoso ou mistura gasosa ionizável. Nestes processos de soldagem o gás de proteção, que pode ser inerte nos processos (TIG e MIG) ou parcialmente ativo no processo (MAG), tem o objetivo de deslocar o ar da região do metal aquecido para evitar possíveis contaminações por oxigênio e hidrogênio.

No processo de soldagem com eletrodos revestidos, a proteção vem da própria camada de revestimento do eletrodo, os elementos responsáveis pela proteção vão sendo liberados à medida que o eletrodo vai sendo consumido, ou seja, o metal de adição e os meios para a proteção, são fornecidos pelo próprio eletrodo durante o processo, não necessitando de gás de proteção externo.

Com relação à eficácia de proteção do metal, os mais eficientes são os processos com proteção gasosa MIG/MAG e TIG. O processo MIG/MAG garante os menores níveis de oxigênio transferidos ao metal de solda, com isso permitem que sejam alcançadas as melhores propriedades mecânicas, principalmente em relação à tenacidade. Os baixos níveis de hidrogênio transferidos para o metal de solda, fazem desse processo, o mais adequado para soldar aços temperáveis, que podem apresentar problemas de trincas a frio.

Em relação ao processo de soldagem por eletrodo revestido apesar de poder a prover dos tipos líquida (pela escória) e gasosa (por CO2, CO), e de ser menos sensível a perturbações por correntes de ar pelo fato de gerar a proteção diretamente no local de solda, em condições normais (ventos abaixo de 8 km/h) ele não apresenta a mesma eficácia de proteção do metal que os processos TIG e MIG, pois a insuficiente proteção provinda do revestimento não permite a soldagem de materiais reativos (Ti,Zr) e refratários como (Nb, Mo,Ta) e alem disso gera maiores teores de gases (H2, O2, N2) introduzidos na solda.

  • Fator de Carga (Duty Cycle)

Os componentes internos da fonte, aquecem quando circula corrente elétrica por eles, a quantidade de calor tolerada é determinada pela temperatura em que os componentes elétricos e materiais isolantes falham. Chama se fator de trabalho ou fator de carga (duty cucle) a razão entre o tempo durante o qual uma máquina de soldar pode fornecer uma determinada corrente máxima de soldagem (tempo de carga) e um tempo de referência; conforme normas internacionais, o tempo de referência é igual a 10minutos.

Por exemplo, o fator de trabalho nominal de 60% significa que o transformador pode fornecer repetidamente a sua corrente de soldagem nominal durante períodos de 6 min. (carga), cada período devendo ser seguido de um período de descanso (o transformador não fornece corrente de soldagem) de 4 min. (6 + 4 = 10min.), repetidamente, e sem que a temperatura dos seus componentes internos ultrapasse os limites previstos por projeto. Numa máquina de soldar, o fator de trabalho permitido aumenta até 100% à medida que a corrente de soldagem utilizada diminui; inversamente, o fator de trabalho permitido diminui à medida que a corrente de soldagem aumenta até o máximo da faixa.

As fontes para soldagem manual (ER e TIG) normalmente são projetadas para um Fc = 60%, embora na prática, o fator de carga possa ser muito mais baixo, em razão da grande parcela de tempo gasta na preparação das peças durante a soldagem.

O processo por eletrodo revestido é o que possui um pior fator de carga dentre os três processos de soldagem, devido ao fato de utilizar proteção líquida para formação do cordão de solda, surgindo à necessidade de remoção da escória antes de efetuar um novo passe de solda sobre o cordão.

As fontes para soldagem automáticas (MIG), normalmente possuem Fc= 100%, pois podem permanecer longos períodos soldando sem ser interrompida, desta forma não se precisa parar a soldagem com o objetivo de resfriar a fonte.

  • Produção

Em soldagem, entende-se por (produção), com sendo a quantidade de material efetivamente depositado no cordão de solda por unidade tempo. A forma de aumentar a produção é mediante o aumento da densidade de corrente usada na soldagem. Porem mais efetivo que aumentar a corrente é diminuir o diâmetro do eletrodo. Com base nessa idéia surgiram processos como o MIG, que utilizam arame-eletrodo nu, isto é, sem revestimento de pequeno diâmetro (entre 0.8 e 2.4 mm, enquanto que, para eletrodo revestido, varia entre 2 a 6 mm).

Dentre os três processos citados, o processo TIG é o que apresenta menor produção. Em seguida vêm os processos com eletrodos consumíveis ER (eletrodo revestido) e MIG. Suas taxas de deposição variam entre os seguintes valores:

Processo

Taxa de deposição

TIG

de 0,2 a 1 kg/h

Eletrodo Revestido

de 0,5 a 2 kg/h

MIG

de 1 a 15 kg/h

  • Facilidade de automatização

O processo MIG é o mais comumente automatizado, com um sistema que ajusta automaticamente o comprimento do arco através de variações da corrente. Sua saída de tensão é constante, usualmente regulável entre 15 e 50V, e a velocidade de alimentação de arame também é constante, usualmente regulável entre 1 e 18m/min.

O processo TIG é menos automatizado, pois é mais difícil o controle do comprimento do arco. A necessidade de se alimentar o local de solda com o metal de adição em consonância com o calor gerado é uma variável a mais a ser considerada, e também dificulta a automatização.

Já a soldagem por eletrodo revestido é realizada manualmente, pois a automatização torna-se difícil a medida que se tem que interromper o processo a cada troca de eletrodo, e também a cada passo de solda para que seja feita a limpeza do cordão e remoção da escória depositada.

  • Tipos de Corrente que Podem ser Usadas

Na soldagem do tipo TIG com a utilização de fontes convencionais, podem ser realizados processos de soldagem, com corrente continua de valor constante, com eletrodo negativo (polaridade direta=CC-) ou positivo (polaridade inversa=CC+), e também corrente alternada do tipo senoidal. Com a criação das fontes eletrônicas, novos tipos de corrente passaram a ser utilizadas:

  • Como a corrente continua pulsada

  • E a corrente alternada de onda retangular.

No processo MIG/MAG a grande maioria das aplicações usa (CC+), pois esse tipo de corrente fornece um arco mais estável, uma transferência metálica mais suave, relativamente poucos respingos, boa geometria do cordão de solda e grande penetração. Já a polaridade (CC-) raramente é usada ( só em casos em que é requerida baixa diluição e alta produção, como nas soldagens de revestimento), devido à maior instabilidade do arco Porem nessa polaridade não se consegue transferência por spray, a menos que sejam feitas modificações como:

  • Na soldagem de aços, adicionar no mínimo 5% de oxigênio ao gás argônio. Isto requer a adição de desoxidantes no arame, para compensar o efeito oxidante do oxigênio.

  • Fazer um tratamento na superfície do eletrodo para torná-lo mais termiônico

Porem, com essas modificações a produção cai, o que elimina a única vantagem real da soldagem com (CC-).

Na soldagem com eletrodo revestido, são usadas correntes diferentes, para os diversos tipos de revestimento utilizados durante o processo.

Em função do revestimento, os eletrodos são classificados em:

  • Óxidos: Onde são usadas correntes do tipo (CC-) e CA

  • Ácidos: Onde são usadas correntes do tipo (CC-) e CA.

  • Celulósicos: Estes apresentam difícil acendimento e baixa estabilidade do arco. Portanto, trabalha-se em geral com CC ( e só alguns tipos, que incluem na sua composição silicato de potássio, permitem o uso de CA). Exigem que se trabalhe numa faixa restrita de correntes, pois com correntes baixas não se consegue um arco estável, e o revestimento queima com aquecimento produzido ao usar correntes elevadas.

  • Rutílicos: Estes apresentam maior estabilidade do arco ( podem soldar com CC-, CC+ e CA), alem de poderem ser usados numa faixa mais ampla de correntes.

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