PROCESSO DE SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO TIG (GTAW)

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Fricke Soldas Ltda
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Cidade: Ijuí – RS
CNPJ: 88.490.60/0001-61
Insc. Estadual: 065/00261951
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PROCESSO DE SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO
TIG (GTAW)
Seja bem vindo a BALMER, Fricke Soldas e Merkle Balmer.
Queremos agradecer a sua visita as nossas instalações e dizer-lhe que o nosso sucesso esta diretamente ligado ao fato
de você trabalhar com os nosso equipamentos, consumíveis e acessórios.
Todos os colaboradores da nossa empresa empenharam-se em preparar um evento que atenda as suas expectativas e
oferecendo as informações necessárias para o melhor desempenho de suas atividades.
Desejamos um excelente treinamento.
Diretoria BALMER
Fricke Soldas
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Telefone: (55) 3305.0707
www.frickesoldas.com.br
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A BALMER!
As empresas Fricke Soldas e Merkle Balmer estão posicionadas entre os maiores fabricantes e fornecedores de
equipamentos para soldagem no Brasil.
Começamos a objetivar o nosso posicionamento há mais de trinta anos e hoje possuímos presença comercial em todos
os estados brasileiros e em vários países, tais como Argentina, Uruguai, Chile, Paraguai, etc...
No Brasil, contamos com uma operação fabril no estado do Rio Grande do Sul e outra comercial em São Paulo. Nas
duas unidades atuamos com uma equipe comercial e técnica capacitada para atender a todos os perfis de clientes.
Nossos produtos são comercializados principalmente nos segmentos de distribuição e revendas de ferramentas,
máquinas e acessórios e também nos clientes finais de grande porte, como as indústrias metalomecânica,
aeroespacial, naval, pontes e estruturas metálicas, hidroelétricas, telefonia, automobilística e outras.
Os equipamentos de soldagem estão presentes no dia-a-dia das empresas para atender as necessidades de soluções
pelos processos de eletrodo revestidos, MIG/MAG, TIG, Stud Welding, Arame Tubular e automação.
A Fricke Soldas e Merkle Balmer dispõem exatamente de todas as soluções para os processos manuais e
automatizados de soldagem e corte.
Consulte-nos, pois temos produtos de qualidade, profissionais capacitados, atendimento personalizado e condições
comerciais diferenciadas no mercado de produtos para soldagem.
Atenciosamente
Fricke Soldas Ltda
Merkle Balmer Equipamentos de Soldagem Ltda
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Revisão - Conceitos
Ciclo de Trabalho (Fator de trabalho)
O Ciclo de Trabalho é a relação entre o período de soldagem (Arco Aberto) em um determinado período de tempo.
Este período de tempo é determinado pelo projeto do equipamento de acordo com sua aplicação e processo de
soldagem, bem como a isolação de seus componentes internos.
Conforme norma NEMA, o ciclo de trabalho é baseado em um período de 10 min, ou seja, uma fonte de soldagem com
Ciclo de Trabalho de 60% @ 300 A, deve operar com o arco aberto de 300 A de saída em 6 min e o restante do tempo
(4 min) deve apagar o arco e refrigerar os componentes internos.
O Ciclo de Trabalho é informado pelos fabricantes de equipamentos em “percentagem” (%), o símbolo mais utilizado é
o @ (“arroba”) e está relacionado com a corrente (A) de saída.
O tipo de trabalho (soldagem) determina a característica do equipamento e seu respectivo Ciclo de Trabalho.
Tensão Elétrica
É a diferença de potêncial elétrico entre dois pontos (A, B). A tensão tem como grandeza a Voltagem, e usualmente é
chamada por este nome.
Sua unidade de medida é o Volt “V”.
Corrente Elétrica
Os elétrons denominam-se Corrente Elétrica e sua unidade de medida é o Amper “A”.
Resistência Elétrica
É a característica elétrica dos materiais que representa a oposição à passagem da corrente elétrica.
Sua unidade de medida é o Ohm “Ω”
Potência Elétrica
É a quantidade de energia elétrica desenvolvida, ou consumida, num intervalo de tempo por um dispositivo elétrico.
Sua unidade de medida é o Watt “W”.
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Introdução ao processo de soldagem
Definições de soldagem:

Processo de junção de metais por fusão

Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de
propriedades físicas, químicas e metalúrgicas.

Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura
adequada, com ou sem aplicação de pressão e de metal de adição (AWS – American Welding Society)

Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre os materiais sendo
unidos, de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais
Classificação dos processos de soldagem
A primeira classificação dos processos de soldagem é baseada no método dominante para produzir a união.
Introdução a soldagem ao arco elétrico
Dada a importância dos processos de soldagem por fusão e, especialmente aqueles em que a fusão é obtida pela
energia de um arco elétrico, será feita uma pequena introdução ao arco elétrico.
Em um dia de tempestade, vemos muitos raios que caem sobre a terra. Trata-se de uma descarga elétrica que conduz
eletricidade entre as nuvens e a terra. Como entre as nuvens e a terra existe ar, que é eletricamente neutro e,
portanto, isolante elétrico, para que a descarga elétrica possa ocorrer, com a consequente condução de eletricidade, é
preciso haver a ionização do gás.
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A Ionização é um processo químico mediante ao qual se produzem íons, espécies químicas eletricamente carregadas,
pela perda ou ganho de elétrons a partir de átomos ou moléculas neutras:
M(g) → M + + eonde M é um átomo ou molécula no estado gasoso.
A ionização ocorre quando um elétron localizado em uma órbita sai da influência do campo eletromagnético do átomo
e torna-se um elétron livre. Quando um elétron recebe uma quantidade de energia, ele é forçado a subir para uma
órbita de maior energia.
Conforme a energia que o elétron recebe, ele pode sair da influência do campo eletromagnético do átomo e tornar-se
um elétron livre. A energia necessária para retirar um elétron do campo eletromagnético do átomo é a energia de
ionização. Quando ocorre o fenômeno de ionização, tem-se um elétron livre e um íon positivo, formando-se
consequentemente um meio condutor de eletricidade. Um gás, após ser ionizado, constitui o plasma, ou seja, a
matéria no estado plasmático.
A ionização é distinta da dissociação iônica, pois esta é o processo em que compostos iônicos tem seus íons separados:
AB → A+ + B+
Devido à movimentação das cargas elétricas em um arco elétrico, ocorrem muitos choques entre as partículas
portadoras de cargas. Como consequência, uma grande quantidade de calor e luz é produzida. Esta energia é utilizada
como fonte de calor nos processos de soldagem a arco elétrico.
Como a mobilidade dos íons positivos é extremamente pequena quando comparada à dos elétrons livres, a produção
de calor é causada basicamente pelo choque dos elétrons com átomos e íons positivos.
No caso de eletrodos consumíveis, há também o choque entre as cargas elétricas e os glóbulos de metal fundido
gerado pela fusão do eletrodo.
O arco elétrico com eletrodo permanente é aproximadamente cônico e pode ser dividido em três regiões:
(-)
1 - Região anódica;
Região catódica
2 - Coluna de plasma;
3 - Região catódica
Comprimento
do arco
Coluna de plasma
Região catódica
Os elétrons são emitidos na região catódica (polo negativo) e acelerados para região anódica (polo positivo) através do
campo elétrico.
A figura abaixo mostra esquema do arco elétrico, em escala atômica, na qual podemos ver que o arco elétrico (coluna
de plasma) é constituído por elétrons livres, íons positivos, íons negativos e uma certa quantidade de átomos neutros.
Apesar das cargas existentes, a coluna de plasma é eletricamente neutra.
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Queda de Tensão no arco elétrico
A todo arco elétrico está associada uma tensão elétrica. Há, portanto, uma queda de tensão ao longo do comprimento
do arco elétrico. Esta queda de tensão tem intensidades diferentes nas distintas regiões do arco:



Queda de tensão catódica: 29.000 V/cm (valor estimado)
Queda de tensão na coluna do arco: 3 a 50 V/cm (valor estimado)
Queda de tensão anódica: 1 a 25 V/cm. (valor estimado)
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PROCESSO DE SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO
TIG (GTAW)
SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO PELO PROCESSO TIG (GTAW)
Trata-se do processo de soldagem com arco, em que a união é produzida pelo calor do arco elétrico estabelecido entre
um eletrodo de tungstênio não-consumível e as peças a serem unidas.
A proteção contra contaminação pela atmosfera é realizada por uma nuvem de gás inerte aplicado por um bocal junto
ao eletrodo.
GTAW é a sigla internacional que significa “Gas Tunsten Arc Welding”, ou Soldagem a Arco com Proteção Gasosa e
Eletrodo de Tungstênio.
TIG é a abreviatura de “Tungsten Inert Gas”, que faz referência ao eletrodo de tungstênio e o gás inerte utilizados no
processo.
Desenvolvido no início dos anos 40 para atender a indústria aeroespacial, o processo TIG é mais adequado para soldar
ligas não ferrosas e juntas que precisem de bom acabamento na raiz. Aplicável à maioria dos metais e suas ligas numa
ampla faixa de espessuras, é um processo bastante utilizado nas ligas de alumínio, magnésio, titânio e aços
inoxidáveis.
Assim como a soldagem a gás, o processo de soldagem TIG permite a soldagem sem utilização de metal de adição
soldagem autógena.
O processo TIG permite um controle independente da fonte de calor e do metal de adição, resultando em um
excelente controle da energia transferida para a peça. Como utiliza gás inerte para a proteção contra a oxidação pela
atmosfera, não ocorrem reações entre o metal fundido e o gás de proteção, não há formação de escória e tampouco
há formação de fumos, o que confere ótima visibilidade para o soldador. Não há a necessidade do trabalho de
remoção da escória entre os passes. A soldagem é “limpa”, resultando em um cordão de solda com boa aparência e
acabamento.
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Dadas as características do processo, as aplicações mais comuns são a soldagem de ligas reativas, metais não-ferrosos,
aços inoxidáveis. Devido ao excelente controlo do calor fornecido à peça, o passe de raiz em soldagem de alta
responsabilidade é feito com este processo.
O processo de soldagem TIG pode ser realizado em qualquer posição, é manual, mas pode ser mecanizado ou
automatizado. A soldagem TIG manual é uma das que requer maior treinamento e habilidade do soldador. Nos
processos mecanizados ou automatizados não existe a necessidade de um soldador, apenas de um operador, que,
entretanto deve conhecer bem a técnica para identificar possíveis problemas.
As principais vantagens do processo são:

Produz soldas de alta qualidade;

Solda a maioria dos metais e ligas;

Produz poça de fusão calma;

A fonte de calor é concentrada, minimizando a ZTA (zona termicamente afetada) e as distorções.
As principais limitações do processo são:

Processo com baixa taxa de deposição;

Impossibilidade de soldagem em locais com corrente de ar;

Possibilidade de inclusão de tungstênio na solda;

Emissão intensa de radiação ultravioleta.
Equipamentos básicos:
O equipamento básico do processo TiG inclui:





Fonte de energia elétrica
Tocha de soldagem
Eletrodo para a abertura do arco
Fonte de gás protetor
Unidade para circulação de água para refrigeração da tocha, quando necessário
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Fonte de energia
O processo TIG utiliza fontes de energia tipo CA e CC. Fontes do tipo CC são adequadas à soldagem de aços carbono,
inox, ferramenta, titânio, cobre, enquanto que as fontes tipo CA são usadas na soldagem de alumínio, magnésio, latão
e bronze.
Existem no mercado e são empregados como fonte de energia para o processo de soldagem TIG os seguintes
equipamentos:

Transformador que fornece corrente alternada

Transformador / retificador de corrente contínua

Fonte de corrente pulsada

Fontes que podem fornecer corrente contínua ou alternada

Fontes inversoras com diversos recursos
De forma geral, estas fontes podem gerar corretes que vão de 5 A, para a soldagem de peças pequenas, até valores de
corrente entre 200 e 500 A.
Tocha TIG
Durante a soldagem, a tocha tem de ser resfriada, e esta refrigeração pode ser
feita pelo próprio gás de proteção em tochas de capacidade de até 150 A, ou
por um circuito de água corrente, em tochas de capacidade entre 150 e 500 A.
Alguns acessórios para a tocha são úteis para o processo
de soldagem. O Gas lens, ou lente de gás, é uma tela com malha bem fina que é colocada entre
o eletrodo e o bocal, para garantir o fluxo laminar de gás.
O trailing shields é um segundo bocal para a saída de gás, utilizado para proteger
uma área maior do cordão durante o pós-resfriamento, bastante útil para a
soldagem de materiais muito reativos, como o titânio.
A função da tocha de soldagem é suportar o eletrodo de tungstênio e conduzir o gás
de proteção à poça. Para isso ela é dotada de uma pinça para segurar o eletrodo e
fazer o contato elétrico, e um bocal, que pode ser cerâmico ou metálico, para
direcionar o fluxo de gás.
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Dispositivos para abertura de arco
Como o arco elétrico não pode ser aberto pelo contato entre o eletrodo e a peça no processo TIG, faz-se necessário
um ignitor de alta frequência (mais usado) para a abertura do arco elétrico, que gera um sinal de alta tensão, em torno
de 3 kV, e alta frequência, em torno de 5 kHz, e produz a ionização da coluna de gás entre o eletrodo e a peça. Sua
baixa potência característica confere menor risco ao operador.
Alimentadores
Trata-se de um dispositivo para o fornecimento mecanizado do metal de adição, em processos mecanizados ou
automatizados de soldagem, com o objetivo de aumentar a produtividade e reprodutibilidade do processo.
Os alimentadores são de dois tipos:
Alimentador de arame Cold Wire (arame frio):
O arame é alimentado na temperatura ambiente. Uso na soldagem de aço
carbono, aço inox, alumínio, cobre e ligas de cobalto para revestimento.
Alimentador de arame Hot Wire:
O arame é alimentado pré-aquecido por resistência elétrica, utilizando-se
corrente alternada. Este modo oferece maiores taxas de deposição com
velocidades de soldagem mais altas em relação ao cold wire. Normalmente é
utilizado na posição plana para aumento da taxa de deposição.
O processo Hot Wire é empregado com sucesso em cladding e na soldagem de
aços inoxidáveis, ligas de níquel e de cobre e titânio.
A velocidade de alimentação do arame influência nas características do cordão de solda. Maiores velocidades resultam
em cordões de solda com menor penetração e perfis mais convexos, enquanto menores velocidades de alimentação
aumentam a penetração e produzem um cordão com perfil mais achatado.
Dispositivos para automação
A soldagem TIG na condição automatizada exige acessórios de vital importância, os quais podem ser citados:

Dispositivos seguidores automáticos de juntas

Mecanismos osciladores da tocha

Monitoramento de soldagem por imagem de vídeo com controle automático da trajetória da soldagem.
Consumíveis do processo
Os consumíveis do processo de soldagem TIG são:
 Eletrodos

Gases de proteção

Varetas e arames de adição.
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Eletrodos de Tungstênio
A função básica do eletrodo é conduzir a corrente elétrica até o arco. Embora o processo de soldagem TIG utilize
eletrodo não-consumível, este pode ser considerado um consumível do processo, visto que se desgastam com o
tempo e necessitam ser periodicamente trocados. A condução varia de acordo com a composição química, diâmetro
da vareta e tipo de corrente de soldagem.
Os eletrodos utilizados no processo TIG são de tungstênio (W) devido ao seu alto ponto de fusão (3392 ºC) e grande
emissividade eletrônica. São fabricados a partir de pó de Tungstênio, ou seja, são varetas sinterizadas.
Utilizados nos processos de solda TIG (GTAW), têm diâmetros de 1,2, 1,6, 2, 2,4, 3,2, 4, 4,8, 6,4 e 8 mm (3/64, 1/16,
5/64, 3/32, 1/8, 5/32, 3/16, 1/4 e 5/16") e comprimento de 150 mm (6"). Também são fornecidos eletrodos puro nos
diâmetros de 3,2 a 8 mm x 1.000 mm ou outras medidas sob encomenda.
Estão disponíveis nas seguintes composições: tungstênio puro, tungstênio com tório, tungstênio com zircônio,
tungstênio com cério e tungstênio com lantânio. A versão tungstênio puro, indicada para solda de alumínio, magnésio
e ligas (em AC), permite que a ponta fique limpa e arredondada, propiciando boa estabilidade em corrente alternada.
Também pode ser usada em corrente contínua, mas tem desgaste superior ao com o tório, além de ser mais suscetível
à contaminação da solda. A versão com tório oferece alta resistência à contaminação da solda, é de fácil ignição e arco
estável quando ligado com corrente contínua, podendo ser usado com aço-carbono, aço inoxidável, cobre e bronze e
titânio.
A versão com zircônio, usada primordialmente em corrente alternada, apresenta resistência à contaminação da poça,
sendo indicada para alumínio. Já a versão com cério dura um pouco mais que o tório e é indicada tanto para corrente
contínua quanto corrente alternada, sendo seu uso em soldas orbitais em tubos e aplicações delicadas ou de baixa
amperagem. E a versão com lantânio é muito similar ao cério, com boa resistência ao desgaste e elevado
desempenho, além de ser versátil, pois trabalha tanto com corrente contínua como corrente alternada e em alta
amperagem. Possuem pontas nas cores verde, vermelha, marron, branca, cinza, ouro e azul, respectivamente com
classes ANSI/AWS EWP, EWTh-2, EWZr-0,3, EWZr-0,8, EWCe-2, EWLa-1,5 e EWLa-2.
Os eletrodos podem ser de tungstênio puro ou tungstênio ligado a Cério (Ce), Lantânio (La), Tório (Th) ou Zircônio (Zr).
Na classificação AWS são apresentados nove tipos de eletrodos. São designados por EW, indicando tratar-se de
eletrodo de W. Em seguida, aparece o símbolo do elemento de liga que compõe o eletrodo e um número que indica o
percentual aproximado desse elemento, como 1, 1,5 e 2 %. A letra P é usada para designar o eletrodo de tungstênio
puro. Cada tipo de eletrodo, por norma, é identificado com uma cor. A tabela abaixo resume a classificação dos
eletrodos de W para soldagem TIG.
Classificação
AWS
Classificação
SAE / ASTM
Elemento de liga
Cor de identificação
EWP
RO 7900
Verde
EW Ce-2
RO 7932
Cério
Laranja
EW La-1
RO 7941
Lantânio
Preto
EW La-1,5
RO 7942
Lantânio
Ouro
EW La-2
RO 7943
Lantânio
Azul
EW Th-1
RO 7911
Tório
Amarelo
EW Th-2
RO 7912
Tório
Vermelho
EW Zr-1
RO 7920
Zircônio
Marrom
EW G
Não especificado
Cinza
Eletrodos de tungstênio seguem as normas ANSI/AWS, DIN 6848
A designação EWG indica uma classificação em que o elemento de liga não é especificado (geral).
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A seleção do tipo e do diâmetro do eletrodo é feita em função:

do material que vai ser soldado;

da espessura da peça;

do tipo de junta;

do número de passes necessários;

dos parâmetros de soldagem.
Eletrodos EWP:
Contém um mínimo de 99,5% de W. São eletrodos de baixo custo, oferecem boa estabilidade de arco quando usado
com corrente alternada.
A ponta do eletrodo se mantém limpa com formato arredondado. São usados principalmente para ligas de alumínio e
magnésio. A capacidade de condução de corrente é inferior aos ligados.
Eletrodos EW Th:
Os eletrodos de tungstênio ligados ao tório oferecem melhor iniciação do arco, pois o óxido de tório melhora a
qualidade de emissão de elétrons.
Tem a capacidade de condução de corrente mais elevada, em cerca de 20% em relação ao de tungstênio puro.
Normalmente tem uma vida mais longa.
Esses eletrodos foram desenvolvidos para as aplicações com corrente contínua polaridade direta (CC-), mantém uma
configuração de ponta afiada durante a soldagem.
Raramente são usados em corrente alternada pela dificuldade de manter a ponta arredondada.
Eletrodos EW La:
Os eletrodos de tungstênio ligados ao lantânio foram desenvolvidos na mesma época daqueles com cério pela mesma
razão de não ser radioativo. As vantagens são semelhantes às dos eletrodos ligados ao cério.
Eletrodos EW Zr:
Os eletrodos de tungstênio ligados ao zircônio possuem características intermediárias entre aquelas dos eletrodos de
tungstênio puro e as dos eletrodos ligados com tório.




Contém 0,25% de Zr.
Em corrente alternada combina as características de estabilidade de arco e ponta arredondada com a
capacidade de condução de corrente e abertura de arco semelhantes as dos eletrodos com tório.
Apresentam uma melhor resistência à contaminação em relação aos eletrodos de tungstênio puro.
Adequados para aplicações que exigem alta qualidade radiográfica e baixa contaminação de tungstênio.
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Metal de adição
É comum utilizar metais de adição no processo TIG, na forma de varetas para soldagem manual ou de arame para a
soldagem mecanizada ou automatizada.
A soldagem sem metal de adição (autógena) é limitada a materiais de espessura muito fina e ligas não propensas a
trincas quando aquecidas. A função do metal de adição é diminuir as fissuras e participar do cordão de solda.
Para soldagem manual, o metal de adição é fornecido na forma de varetas. Para soldagem automatizada, o metal de
adição é fornecido na forma de fio enrolado em bobina.
Normalmente os metais de adição são similares ao metal de base, exceto pelos elementos adicionados
especificamente para garantir a soldabilidade.
A AWS classifica os metais de adição para o processo TIG com base nas propriedades mecânicas e químicas. As normas
são específicas para cada classe de materiais, e são as mesmas utilizadas para o processo de soldagem MIG-MAG.




A5.7 cobre e ligas de cobre
A5.9 inoxidáveis
A5.10 alumínio e ligas
A5.13 p/ recobrimento
superficial




A5.14
A5.16
A5.18
A5.19
níquel e ligas
titânio e ligas
aços carbono
ligas de magnésio




A5.21 para recobrimento
superficial de compostos
A5.24 zircônio e ligas
A5.28 baixa liga
A5.30 para insertos
Gás de proteção
A função do gás é proteger o eletrodo e a poça de fusão da contaminação atmosférica e transferir corrente elétrica
quando ionizado. Os gases usados como protetores são o hélio, o argônio ou uma mistura dos dois.
A pureza do gás de proteção deve ficar em torno a 99,99% (4 noves), e a presença de vapor d’ água deve ser mantida
abaixo de 12 ppm.
A alimentação é feita pela própria tocha e, em alguns casos, utiliza-se um fluxo de gás no outro lado da poça de fusão,
chamado de “backing”.
O uso de gás como backing em condições controladas assegura uniformidade de contorno do cordão, eliminação de
mordedura e em alguns casos reduz o surgimento de trincas e porosidade na raiz.
O gás usado influencia o comportamento do arco e o resultado da soldagem. As características do gás de proteção que
e fatores de influencia são:



a densidade do gás,
o calor específico e
a energia de ionização.
A influência da densidade do gás.
O argônio tem massa atômica = 40, e o hélio tem massa atômica = 4. Ou seja, enquanto 1 mol de argônio pesa 40
gramas, 1 mol de helio pesa apenas 4 gramas. O argônio é aproximadamente 1,5 vezes mais pesado que o ar e 10
vezes mais pesado que o hélio. Sendo mais pesado que o ar, o argônio, ao sair pelo bocal da tocha, tende a formar
uma cobertura sobre a poça. Já o hélio, sendo bastante mais leve que o ar, tende rapidamente a se dispersar. Para se
obter a mesma proteção, o fluxo de hélio deverá ser de duas ou três vezes a do argônio.
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A influência do calor específico.
O Calor específico do hélio é 5193 J/(kg·K), o que significa que são necessário 5193 Joules de energia para aquecer 1 kg
de hélio em 1 Kelvin ou 1º C.
O calor específico do argônio é bastante inferior, 520 J/(kg·K). Este diferença significa que o hélio necessita de muito
mais energia para se aquecer e uma vez aquecido tem condições de transferir esta energia bastante maior ao metal de
solda. Desta forma, o uso do gás hélio aumenta a penetração do cordão de solda e é indicado para a soldagem de
chapas grossas.
A influência da energia de ionização.
O hélio é um átomo pequeno, com apenas uma camada eletrônica com dois elétrons girando em torno a um núcleo
com 2 prótons e dois neutros. O argônio é significativamente maior que o hélio, possui três camadas eletrônicas, onde
18 elétrons giram em torno a um núcleo com 18 prótons e 22 neutros. A figura abaixo mostra esquema simplificado os
átomos hélio e argônio.
O potencial de ionização é a energia necessária para retirar um elétron do campo eletromagnético de um átomo
isolado no estado gasoso.
O primeiro potencial de ionização, ou seja, a energia necessária para retirar o primeiro elétron da camada mais
externa, é de 2372 kJ/mol para o hélio e 1521 kJ/mol para o argônio.
Assim, a energia necessária para retirar um elétron do hélio é mais alta que para
retirar um elétron do argônio. Para o processo de soldagem TIG, isso significa que
uma tensão necessária para ionizar o hélio será mais alta que a tensão para ionizar
o argônio, o que fará que a energia do arco seja maior com o uso do argônio.
Este fator também contribui para a maior penetração do cordão de solda com o
uso de hélio.
Vantagens do uso de argônio












Arco mais estável (menor tensão, maior corrente);
Penetração reduzida (favorece na soldagem manual de chapas finas);
Favorece a limpeza, principalmente com alumínio e magnésio;
Menor custo e maior disponibilidade;
Menor taxa de vazão para uma boa proteção;
Facilita o início do arco.
Arco mais estável (menor tensão, maior corrente);
Penetração reduzida (favorece na soldagem manual de chapas finas);
Favorece a limpeza, principalmente com alumínio e magnésio;
Menor custo e maior disponibilidade;
Menor taxa de vazão para uma boa proteção;
Facilita o início do arco.
Vantagens do uso de Hélio
O hélio transfere mais calor para a peça do que o argônio numa determinada amperagem e comprimento de arco, o
que é vantajoso quando se solda metais com alta condutividade térmica e em chapas grossas.
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Mistura Argônio / Hidrogênio (Ar/H2)
O hidrogênio atua com um agente redutor inibindo a formação de óxidos, resultando superfícies mais limpas.
A adição de hidrogênio ao argônio aumenta a energia do arco para uma determinada corrente → aumenta a
penetração.
Pode-se aumentar a velocidade de soldagem aumentando-se a quantidade de H2 na mistura.
O excesso de H2 causa porosidade. Normalmente utilizam-se misturas contendo de 1% a 8% de H2 na soldagem de aços
inoxidáveis e ligas de níquel-cobre e de níquel.
A mistura mais comum de Ar / H 2 contém cerca de 5% de H2 , que permite a soldagem tanto de chapas finas como as
de maior espessura.
Comparação entre o Argônio e o Hélio
Argônio
Baixa Tensão de arco
Menor penetração
Adequado para soldagem de chapas finas
Soldagem manual devido ao pequeno gradiente de
Tensão na coluna do arco (6V/cm)
Maior ação de limpeza
Arco mais estável
Fácil abertura de arco
Utilizado em AC e DC
Custo reduzido
Baixa vazão de gás de proteção
Maior resistência de corrente de ar lateral
Hélio
Elevada Tensão de arco
Maior penetração
Adequado para soldagem de chapas grossas
Soldagem automática
Menor ação de limpeza
Arco menos estável
Dificuldade na abertura do arco
Geralmente em DC (-) com eletrodo EW Th (com Tório)
Custo elevado
Vazão de 2 a 3 vezes maior do que o Argônio
Menor resistência de corrente de ar lateral
Características do processo
Requisitos para o arco elétrico no processo de soldagem TIG:
Um arco elétrico, idealmente, deve fornecer a máxima quantidade de calor ao metal-base e a mínima ao eletrodo.
No caso de alumínio e magnésio e suas ligas, o arco deve também promover a remoção da camada de óxidos que
recobre estes materiais.
No processo de soldagem TIG, o arco elétrico pode ser produzido utilizando-se as seguintes configurações elétricas:



C/C- corrente contínua com eletrodo negativo
C/C+ corrente contínua com eletrodo positivo.
C/A corrente alternada
Dependendo a situação e de acordo com as necessidades do trabalho, cada um dos
modos de se produzir o arco apresenta um ou mais dos requisitos acima descritos.
O uso da corrente contínua com eletrodo negativo faz com que os elétrons fisicamente
saiam do eletrodo e incidam no metal-base, enquanto que os íons positivos viagem no
arco na direção da peça ao eletrodo.
Como são os elétrons que, devido ao seu pequeno tamanho quando comparados com os
íons positivos, possuem maior mobilidade e por isso geram a maior quantidade, esta
configuração direciona aproximadamente 70% do calor para o metal base e 30% para o
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eletrodo. Com isso, obtém-se maior penetração.
O uso da corrente contínua com eletrodo positivo faz com que os elétrons fisicamente saiam do metal-base e incidam
no eletrodo, enquanto que os íons positivos viagem no arco na direção da eletrodo à peça.
Esta configuração inverte o direcionamento do calor do arco, sendo aproximadamente 30% do calor para o metal base
e 70% para o eletrodo.
Com isso, a penetração torna-se rasa e mais larga. Devido ao choque dos íons
positivos com a camada de óxido do cordão de solda, ocorre um efeito de limpeza,
necessário para a soldagem de alumínio, magnésio e suas ligas.
Há um maior aquecimento do eletrodo, o que faz necessária a utilização de
eletrodos com maiores diâmetros e densidades de correntes de soldagem
aproximadamente 10 vezes menores.
O uso da corrente alternada faz com que os elétrons fisicamente saiam do metalbase e incidam no eletrodo durante o primeiro meio ciclo e realizem o movimento
contrário durante o segundo meio ciclo.
Esta configuração direciona praticamente a mesma quantidade de calor para o
metal base e para o eletrodo, resultado em penetração intermediária.
O efeito de limpeza ocorre a cada meio ciclo, fazendo desta configuração a ideal para a soldagem de alumínio,
magnésio e suas ligas.
Tipo de Corrente
Polaridade do eletrodo
Ação de limpeza
Balanço de calor
Penetração
Aplicação
DC (-)
Negativa ou direta
DC (+)
Positiva ou inversa
AC (Balanceada)
Não
70% na peça
30% no eletrodo
Estreita e profunda
Aço, Cobre, Prata, Aços
austeníticos ao Cromoníquel e ligas resistentes ao
calor
Não
30% na peça
70% no eletrodo
Rasa e superficial
Pouco usada. Requer
eletrodos de maior
diâmetro ou correntes
mais baixas
Sim, em cada ciclo
50% na peça
50% no eletrodo
Média
Alumínio, Magnésio e suas
ligas
Soldagem em corrente alternada com onda senoidal
O uso da corrente alternado faz com que o arco elétrico apague sempre que a tensão alcance valores próximos a zero.
Isto faz com que o arco seja instável, acendendo e apagando a cada meio ciclo da corrente elétrica.
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Apagamento instantâneo do arco na soldagem TIG em corrente alternada.
Sem a formação do arco elétrico, ou seja, com o arco fechado, a fonte alterna a tensão de acordo com uma senoide. A
tensão máxima (amplitude da senoide) é denominada de tensão em vazio (V01).
Para a formação do arco, necessita-se alcançar a tensão mínima para abrir o arco (Vi), o que leva um determinado
tempo (ta). A abertura do arco elétrico inicia a corrente elétrica e faz com que a tensão caia e se estabilize em um
valor denominado tensão no arco (Va), conforme esquema da figura abaixo.
Quando a tensão volta a cair para valores inferiores a Va, obedecendo a variação senoidal da fonte, o arco novamente
apaga-se (a corrente cai a zero) e apenas voltará a abrir quando a tensão encontrar, no sentido oposto, Vi.
Existe, portanto, um tempo de arco apagado (t1), tempo este necessário para a tensão variar de +Vi para –Vi.
Efeito da tensão da fonte. Quando se diminui a tensão da fonte (tensão em vazio) de V01 para V02, conforme a figura
a baixo, um tempo maior é necessário para que a tensão atinja Vi.
Como consequência, o tempo do arco apagado é maior para a tensão em vazio menor.
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Eletrodos dissimilares.
O estudo apresendado na página anterior tem validade apenas quando ambos eletrodos (peça a ser soldada e
eletrodo propriamente dito) possuem a mesma emissividade eletrônica. Na prática de soldagem, os valores da
emissividade eletrônica dos eletrodos são sempre diferentes: o eletrodo de tungstênio terá sempre maior
emissividade eletrônica que o metal a ser soldado. Dada sua maior emissividade eletrônica, o eletrodo de tungstênio
necessitará de uma tensão menor para abrir o arco, Vi, que o eletrodo de menor emissividade, que necessitará de uma
tensão maior para abrir o arco, Vi.
Como consequência, o tempo de arco aberto quando a polaridade for negativa no eletrodo de tungstênio (td) será
mais longo que o tempo de arco aberto quando a
polaridade for negativa no eletro de tungstênio (ti).
A figura abaixo ilustra a relação entre a variação da tensão e da corrente de soldagem com o tempo para eletrodos
similares (teórico) e dissimilares (caso prático).
Soldagem em corrente alternada com onda quadrada.
Existem fontes de soldagem que fornecem corrente alternada com onda quadrada, na qual a tensão assume valores
praticamente constantes, alternando positivo e negativo, conforme mostra a figura abaixo.
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Na soldagem em corrente alternada com onda quadrada, o arco tem início quando a tensão alcança o valor mínimo
para abrir o arco no eletrodo de tungstênio (Vi), que ocorre de forma quase instantânea. Com a corrente elétrica, a
tensão se estabiliza em um valor um pouco mais baixo, Va.
Quando a onda inverte a polaridade, o arco tem início quando a tensão alcança o valor mínimo para abrir o arco
(V´i > Vi), agora no eletrodo menos emissivo, ou seja, na peça a ser soldada, e a tensão se estabiliza em V´a, maior que
Va. Tem-se assim que o tempo de arco aberto é o mesmo na polaridade direta (td), com o eletrodo de tungstênio no
polo negativo, e na polaridade inversa (ti).
A grande vantagem da soldagem em corrente alternada com onda quadrada é o menor tempo de extinção do arco
(t1). A figura abaixo ilustra a relação entre a variação da tensão e da corrente de soldagem com o tempo, com o uso da
onda quadrada.
Algumas fontes também permitem o ajusto do tempo de forma independente para as duas polaridades. Dessa forma,
pode-se desbalancear a onda quadrada, aumentando o tempo em que a tensão é negativa e diminuindo o tempo em
que a tensão é positiva, e vice-versa.
Com o aumento do tempo de polaridade direta, tem-se mais penetração que limpeza. Com o aumento do tempo de
polaridade inversa, tem-se mais o efeito de limpeza.
A figura da próxima página ilustra a variação da corrente de soldagem para uma onda quadrada balanceada (a),
desbalanceada com maior tempo na polaridade direta (b) e na polaridade inversa (c).
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Soldagem em corrente contínua pulsada.
A característica desta técnica é o uso de uma tensão constante e a corrente variando entre um valor mínimo (corrente
de base) e um valor de pico (corrente de pico). Devem ser estabelecidos a corrente de base (Ib), a corrente de pico
(Ip), o tempo da corrente de base (tb), o tempo da corrente de pico (tp) e a frequência de pulsação. Após
estabelecidos estes
parâmetros, obtém-se a corrente média (Im).
A figura abaixo mostra as variações da tensão e da corrente com o tempo para a soldagem em corrente contínua
pulsada.
Para valores fixos de corrente de base e corrente de pico, o tempo em cada uma delas determina a corrente média.
Quanto menor a corrente média, menor será a quantidade de calor e a distorção.
A vantagem do uso da corrente contínua pulsada é a obtenção de soldas com maiores penetrações com menor aporte
térmico, o que minimiza as distorções da peça. Bastante útil na soldagem de chapas finas.
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Etapas do processo
1. Preparação da superfície, por meio de lixamento, escovamento, decapagem, para remoção de óleo, graxa,
sujeira, tinta, óxidos.
2. Abertura do gás (pré-purga) para expulsar o ar da mangueira de gás e da tocha.
3. Pré-vazão ou formação da cortina protetora antes da abertura do arco.
4. Abertura do arco por meio de um ignitor de alta freqüência.
5. Formação da poça de fusão.
6. Adição do metal na poça de fusão, quando aplicável;
7. Ao final da junta, extinção do arco por interrupção da corrente elétrica;
8. Passagem do gás inerte sobre a última parte soldada para resfriamento do eletrodo e proteção da poça de
fusão em solidificação (pós- vazão).
9. Fechamento do fluxo de gás.
As etapas 3 e 8 são automáticas, fazem parte das características técnicas do equipamento.
Procedimento de soldagem
No início da soldagem, a tocha deve permanecer no ponto
de partida por um tempo entre 3 e 5 segundos, para que se
forme uma poça de fusão.
A vazão do gás influencia a qualidade do cordão de solda.
A tocha deve permanecer perpendicular em relação à
superfície da junta de modo que o ângulo de trabalho seja
90º.
A vareta deve formar um ângulo de 15º em relação à
superfície da peça.
O comprimento do arco deve variar entre 3 e 10 mm,
dependendo do tipo e da localização da junta.
A bitola da vareta deve ser função da quantidade de metal a
ser depositado.
REFERÊNCIAS
FRICKE SOLDAS LTDA, br 285 Km 456, Ijuí/RS/Brasil
WAINER, Emilio; BRANDI, Sergio Duarte; HOMEM DE MELLO, Fabio Decourt (Coord.). Soldagem: processos e
metalurgia. São Paulo: E. Blücher, 1995-2005 494 p. ISBN 85-212-0238-5.
MARQUES, Paulo Villani; MODENESI, Paulo José; BRACARENSE, Alexandre Queiroz. Soldagem – Fundamentos e
Tecnologia. Editora UFMG, 2007, 349 p. ISBN 978-98-7041-597-4.
FAGAGNOLO, João Batista, ÚNICAMP, Introdução a Processos e Metalurgia da Soldagem, Agosto/2011
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PROCESSO DE SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO TIG (GTAW)

Transcrição

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