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GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO SECRETARIA DE E STADO DE CIÊNCIA, TECNOLOGIA E INOVAÇÃO FUNDAÇÃO DE APOIO À ESCOLA TÉCNICA Centro Vocacional Tecnológico – Campos Dos Goytacazes CVT-SOLDA – Av. Alberto Lamego 712- Parque Califórnia – Campos dos Goytacazes – RJ – CEP 28016-820 i Índice Módulo I – Generalidades, Processos de Soldagem e EPI’s Pg. Generalidades; Diferença Entre Soldagem e Colagem; Conceitos Básicos da Soldagem 1 Processos de Soldagem a Arco Elétrico; Tipos de Soldagem 2 Tipos de Solda 3 EPI’s – Equipamento de Proteção Individual 5 Radiação; Tipos de Radiação 7 Módulo 2 – Soldagem TIG / GTAW / Introdução e Conceito Introdução 9 Conceito 10 Vantagens; Desvantagens 12 Módulo 3 – Introdução a Eletrotécnica Básica, Equipamentos de Soldagem e Fontes de Energia Introdução a Eletrotécnica Básica 12 Como Medir os Valores de Corrente e Tensão Elétrica 13 Equipamentos Para Soldagem TIG; Sistema Semi – Automático (Avançado) 15 Sistema Convencional; Fontes de Energia 16 Serviços de Ligação e Manutenção de Fontes de Corrente de Soldagem; Pistola Para Soldagem TIG ou Tocha GTAW 18 Componentes ou Acessórios da Tocha GTAW 20 Módulo 4 – Eletrodo de Tungstênio / Técnicas de Afiação Eletrodo de Tungstênio 22 Nomenclatura dos Eletrodos de Tungstênio; Técnicas de Afiação 23 Escolha do Diâmetro do Eletrodo; Preparação da Extremidade do Eletrodo de Tungstênio 25 Regulagem da Corrente; Seleção da Corrente de Soldagem 27 Fixação do Eletrodo de Tungstênio na Pistola TIG; Campo de Aplicação dos Eletrodos de Tungstênio 28 Considerações Gerais Sobre Alguns Tipos de Eletrodos de Tungstênio; Diâmetro dos Eletrodos de Tungstênio Diâmetro dos eletrodos de Tungstênio. 29 Recomendações para o Uso dos Eletrodos de Tungstênio. 30 Módulo 5 – Corrente de Soldagem e Arco Elétrico Condições Típicas de Soldagem GTAW de Aço Carbono em Juntas de Topo. 30 Corrente e Polaridade. 31 Característica da Solda TIG Relacionada ao Tipo de Polaridade e Corrente; Corrente Contínua Pulsada. 32 Corrente Alternada 33 Arco Elétrico; Tensão e Corrente do Circuito de Soldagem 34 Variação do Comprimento do Arco Elétrico 36 Abertura do Arco Elétrico; Abertura do Arco Pelo Contato do Tungstênio Com o Metal de Base; 37 Abertura do Arco por Meio de Pulso de Alta Tensão ou Alta Freqüência 38 Módulo 6 – Variáveis do Processo de Soldagem TIG ii Voltagem do Arco; Corrente de Soldagem; Velocidade de Trabalho; Velocidade de Alimentação de Arame 39 Módulo 7 – Gases de Proteção e Regulagem de Pressão e de Vazão do Gás de Proteção Gases de Proteção 40 Vantagens do Argônio Sobre o Hélio; Gás de “Back-up” e Purga 41 Seleção do Gás de Proteção em Função do Metal a ser Soldado 42 Regulagem de Pressão e de Vazão do Gás de Proteção 43 Módulo 8 – Metal de Adição, Metal de Base e Tipos de Aços Metal de Adição; Vareta Para Soldagem TIG do Aço Carbono Comum 44 Exemplos de Composição Química do Metal Depositado para Consumíveis de Especificação AWS 5.18 – 93; Especificações de Metais de Adição AWS para TIG / GTAW; Metal de Base 45 Soldabilidade dos Aços Carbonos Comuns; 46 Tipos de Aços 47 Módulo 9 – Descontinuidades na Soldagem e Problemas Mais Comuns na Soldagem TIG Descontinuidades na Soldagem 47 Descontinuidades em Juntas Soldadas 49 Problemas Mais Comuns na Soldagem TIG e Soluções 59 Módulo 10 – Terminologia Relativa aos Tipos de Juntas (Terminologia de Soldagem) Preparação e Limpeza das Juntas. 60 Definições de Termos. 61 Módulo 11 – Terminologia Relativa aos Tipos de Chanfros Para Juntas de Topo e de Ângulo Terminologia Relativa aos Tipos de Chanfros Para Juntas de Topo 71 Terminologia Relativa aos Tipos de Chanfros Para Juntas de Ângulo 73 Módulo 12 – Terminologia Relativa as Posições de Soldagem Posições de junta de topo; Posição Plana 1G 74 Posição Horizontal 2G; Posição Vertical 3G 75 Posição Sobre – cabeça 4G; Posição Fixa Obrigatória 5G; Posição Fixa Obrigatória com Inclinação de 45° (6G) 76 Posições de Junta de Ângulo; Posição Plana 1F 77 Posição Horizontal 2F; Posição Vertical 3F 78 Posição de Sobre – Cabeça 4F 79 Capítulo 13 – Simbologia da Soldagem Simbologia de Soldagem. 79 Elaborado por: Maurício Gomes Maciel – Instrutor de Soldagem CVT – FAETEC, Técnico de Soldagem, e Inspetor de Soldagem. Erick Gonçalves Ribeiro – Instrutor de Soldagem CVT – FAETEC, Técnico Eletrotécnico, e Inspetor de Soldagem. 1 Soldagem TIG Apostila CVT – Faetec Módulo I – Generalidades, Processos de Soldagem e EPI’s Generalidades: Objetivos da Soldagem unir revestir Tipos de Uniões fixa ou permanente semi - fixa desmontavel ou móvel União Fixa ou Permanente: quando para se desfazer a união destrói-se o elemento de ligação e partes dos elementos ligados. Ex.: solda. União Semi-Fixa: quando destrói-se somente o elemento de ligação na desmontagem. Ex.: rebites União Desmontável ou Móvel: quando nada é destruído na hora da desmontagem. Ex.: fixação com parafusos, porcas e arruelas, chavetas, pinos, anéis elásticos, etc. Diferença Entre Soldagem e Colagem Soldagem (Welding): há interação metalúrgica. Colagem: não há interação metalúrgica. Conceitos Básicos da Soldagem A soldagem em si é um procedimento muito complexo e de grande responsabilidade. Iremos aqui, enfocar termos que são de suma importância para o bom desenvolvimento desta unidade. Em soldagem, no que se refere à terminologia, é difícil a desvinculação dos termos técnicos da língua inglesa. Estes, sempre que possível, serão mencionados entre parênteses para permitir um perfeito entendimento da matéria. • Soldar (Weld): é unir dois metais ou ligas metálicas com ou sem fusão dos mesmos, com ou sem elemento de adição, podendo ou não existir pressão, sob ação geralmente de calor, de modo que não haja descontinuidade física ou metalúrgica. • Soldagem (Welding): é a operação de soldar. • Solda ou Soldadura (Weld): é o resultado da operação de soldar. • Cordão de solda (“Weld beat”): Deposito de solda resultante de um passe. • Soldador (“Welder”): É o profissional qualificado a executar uma soldagem que pode ser manual o semi-automática, em sua realização podemos executar vários tipos de soldagem e soldas. • Metal de Base (Base Metal): são os metais a serem unidos nos processos de soldagem. • Metal de Adição (Filler Metal): é o metal a ser adicionado à junta durante a soldagem. • Poça de Fusão: É o metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido. • Soldabilidade (“Weldability”) : É a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formarem uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais. 2 • Soldagem Autógena (“Autogenous Welding”): é aquela em que o cordão de solda se apresenta com as características mais próximas dos metais de base que por sua vez, têm que ser iguais. Este processo geralmente é executado com fusão de materiais sem a participação de metal de adição. • Fluxo “(Flux”): Material fusível usado para evitar, dissolver ou facilitar a remoção de óxidos e outras substâncias superficiais indesejáveis à poça de fusão. • Gás de Proteção (“Shielding Gás”): Gás utilizado para prevenir contaminação pela atmosfera ambiente. • Gás Inerte (“Inert Gás”): Gás que não combina quimicamente com o metal de base ou metal de adição em fusão. • Vareta de Solda (“Welding Rod”):Tipo de metal de adição utilizado para soldagem ou brasagem, normalmente em comprimento retilíneo, o qual não conduz corrente elétrica durante o processo. • Calor Apartado (Heat input): parte do calor cedido pela fonte que é absorvido pela obra. • Goivagem (“Gouging”): Operação pela qual se forma um bisel ou um chanfro através de remoção de material. • Goivagem a Arco(“Arc gouging”): Operação pela qual se forma um bisel ou um chanfro através de remoção de material por arco elétrico. • Goivagem na Raiz (“Back Gouging”): Remoção do metal de solda e do metal de base pelo lado oposto de uma junta parcialmente soldada para facilitar a fusão e a penetração na soldagem subseqüente naquele lado. Processos de Soldagem a Arco Elétrico Soldagem a Arco Elétrico (“Arc Welding”): Operação referente a grupo de processos de soldagem que produz a união de metais pelo aquecimento destes por meio de um arco elétrico, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso de metal de adição. Eletrodo Não-Consumível: é o eletrodo que permite apenas a abertura do arco elétrico (fonte de calor), não sendo utilizado como metal de adição. Eletrodos Consumíveis: são aqueles que além de permitirem a abertura do arco elétrico, são também o próprio metal de adição. Tipos de Eletrodos Consumíveis Não Consumíveis Manual Eletrodos nus Eletrodos Revestidos Tig Semi Automático Mig / Mag e Arame Tubular Plasma Automático Arco Submerso Eletro Gás Eletro Escória Hidrogênio Atômico Tabela 1: Tipos de Eletrodos Tipos de Soldagem • Soldagem em Estruturas: Conjunto de partes a serem soldadas de uma construção, que se destina a resistir às cargas. • Soldagem Automática (“Automatic Welding”): Soldagem feita com equipamento que executa a operação de soldagem, com ajuste dos controles feito por um operador de soldagem. O equipamento pode ou não posicionar a peça. 3 • Soldagem Manual (“Manual Welding”): Operação realizada por equipamento de soldagem, sendo que toda a sua seqüência é executada e controlada manualmente. • Soldagem Semi-Automática (“Semiautomatic Welding”): Operação realizada com equipamento de soldagem que controla somente a alimentação do metal de adição. A progressão da soldagem é controlada manualmente. Tipos de Solda • Solda de Aresta (“Edge Weld”): Solda executada numa junta de aresta. Figura 1: Solda de Aresta. • Solda de Costura (“Seam Weld”): Solda contínua executada entre ou em cima de membros sobrepostos. A solda contínua pode consistir de um único cordão de solda ou de uma série de soldas por pontos sobrepostos, conforme as figuras (a) e (b). (a) (b) Figura 2: (a) Solda de costura em junta sobreposta Figura 2: (b) Solda de costura em junta de ângulo • Solda de Fixação (“Tack Weld”): Uma solda feita para fixar os membros de uma junta em posição de alinhamento até que a solda seja feita. • Solda Descontínua: Solda na qual a continuidade é interrompida por espaçamentos sem solda. • Solda Descontínua Coincidente: Solda descontínua, executada em ambos os lados de uma junta de ângulo, composta por cordões igualmente espaçados, de modo que um trecho de cordão se oponha ao outro, também a chamamos de solda em cadeia. Figura 3: Solda Descontínua Coincidente. 4 • Solda Descontínua Intercalada: Solda descontínua, executada em junta de ângulo, geralmente em T, composta por cordões igualmente espaçados, de modo que um trecho dos cordões se oponha a uma parte não soldada, também a chamamos de solda escalão. Figura 4: Solda Descontínua Intercalada. • Solda de Selagem (“Seal Weld”): Solda executada com a finalidade de impedir vazamentos. • Solda de Tampão (“Plug Weld”): Solda executada em um furo circular ou não, localizado em uma das superfícies de uma junta sobreposta ou em T, que une um componente ao outro. As paredes do furo podem ser paralelas ou não e o furo pode ser parcial ou totalmente preenchido com metal de solda. Figura 5: Solda de Tampão. • Solda de Topo (“Butt Weld”): Solda executada em uma junta de topo. Figura 6: Solda de Topo. • Solda em Ângulo (“Fillet Weld”): Solda cuja seção transversal apresenta-se aproximadamente triangular, com um ângulo geralmente reto entre as superfícies a serem unidas. Figura 7: Solda em Ângulo em Junta de “T”. 5 • Solda em Chanfro (“Groove Weld”): Solda executada em uma junta, com bisel previamente preparado. • Solda Forte: Brasagem (Processo de união de materiais onde apenas o metal de adição sofre fusão. O metal de adição se distribui por capilaridade na fresta formada pelas superfícies da junta, após fundir-se a temperatura superior a 450 °C.) • Solda Fraca (“Soldering”): Processo de união de materiais onde apenas o metal de adição sofre fusão. O metal de adição se distribui por capilaridade na fresta formada pelas superfícies da junta, após fundir-se à temperatura inferior a 450 °C. • Solda Homogênea: Solda executada de modo que a composição química do metal de solda seja próxima à do metal de base. • Solda Heterogênea: Solda executada de modo que a composição do metal de solda seja significativamente diferente da composição do metal de base. • Solda por Pontos (“Spot Welding”) (solda de tampão): Solda executada entre ou sobre membros sobrepostos, cuja fusão ocorre entre as superfícies em contato ou sobre a superfície externa de um dos componentes. A seção transversal da solda no plano da junta é aproximadamente circular conforme as figuras (a) e (b). (a) (b) Figura 8: Solda por Pontos. • Solda Provisória (“Temporary Weld”): Solda destinada a manter fixas uma ou mais peças em um equipamento ou estrutura para uso temporário no manuseio, movimentação ou transporte do equipamento ou da estrutura. São vários fatores que envolvem uma soldagem de boa qualidade, onde podemos ressaltar que a posição em que a peça se encontra é que determina a posição de soldagem adequada para executá-la. EPI’s – Equipamento de Proteção Individual Os equipamentos de proteção individual são desenvolvidos de forma que garantam a proteção do soldador contra os diversos perigos oferecidos tanto pelos ambientes de soldagem como também pelos resíduos da soldagem. Os resíduos da soldagem podem ser entendidos como, fumos, gases, radiações, fagulhas, cavacos, limalhas, respingos de metal incandescente, etc. Portanto os EPI’s são de grande importância para a manutenção da vida e da saúde das pessoas que trabalham com algum tipo de processo de soldagem. É importante também não negligenciar o uso correto de um EPI, visando facilitar o trabalho de forma que o soldador se exponha de alguma forma a algum tipo de risco. Máscaras São fabricadas de material incombustível, isolante térmico e elétrico, leve e resistente (fibra de vidro, fibra prensada, etc.). Servem para proteger o soldador dos raios, dos respingos e da temperatura elevada emitida durante a soldagem. As máscaras possuem filtros de luz (vidros protetores), que devem absorver no mínimo 99,5% da radiação emitida nas soldagens. A tonalidade desses filtros - que devem ser protegidos em ambos os lados por um vidro comum incolor - deve ser selecionada de acordo com a intensidade da corrente, para que haja absorção dos raios emitidos (infravermelhos e ultravioletas). 6 Obs: Para soldar ou cortar, usar máscara com vidro ou dispositivo de opacidade adequado ao processo e à aplicação prevista. A tabela abaixo orienta quanto à opacidade recomendada para a proteção em função do processo e da faixa de corrente usados. Como regra geral, iniciar com uma opacidade alta demais para que se veja a zona do arco; reduzir então a opacidade que se tenha uma visão adequada da área de soldagem, sem problema para os olhos. Filtros Recomendados (adaptado da norma de segurança ANSI Z49.1) Processo Corrente Opacidade Goivagem a Arco Até 500 A De 500 a 1000 A 12 14 Plasmacorte Até 300 A De 300 a 400 A De 400 a 800 A 9 12 14 Soldagem a Plasma Até 100 A De 100 a 400 A De 400 a 800 A 10 12 14 Soldagem com Eletrodo Revestido Até 160 A De 160 a 250 A De 250 a 550A 10 12 14 Soldagem MIG e MAG De 60 a 160 A De 160 a 250 A De 250 a 500 A 11 12 14 Soldagem TIG Até 50 A De 50 a 150 A De 150 a 500 A 10 12 14 Tabela 2: Filtro de Proteção Relação Corrente / Opacidade Se essa classificação for obedecida, a absorção dos raios infravermelhos e ultravioletas será de, no mínimo, 99,5%. A montagem dos vidros nas máscaras deve ser feita conforme mostra a figura abaixo. Figura 9: Montagem das lentes de uma máscara de solda As máscaras de soldagem protegem o rosto e os olhos do soldador contra queimaduras provocadas por respingos produzidos por alguns processos de soldagem e principalmente pela radiação emitida pelo arco elétrico. As mangas e aventais, bem como, os macacões e perneiras, protegem o soldador dos respingos e das radiações. As luvas além de terem as mesmas funções das roupas, elas também protegem o soldador de choques elétricos, visto que, toda estrutura que está sendo soldada fica energizada durante 7 todo o tempo da realização da soldagem. As botas sendo feitas de materiais isolantes também protegem o soldador contra choques elétricos. Deve-se prestar atenção para o fato de que no processo de soldagem os valores de corrente elétrica é muito alta para a resistência do corpo humano. Muitos soldadores confundem corrente elétrica com tensão elétrica. A tensão é apenas uma força que impulsiona a corrente elétrica a se mover pelo condutor elétrico (cabo de soldagem). Os riscos que se corre por estar exposto sem nenhuma segurança aos elevados valores de corrente elétrica são grandes. Os maiores riscos dentro da soldagem em função da corrente elétrica são: choque elétrico e radiação. Radiação A maioria dos processos de soldagem a arco elétrico e corte, soldagem a laser e soldagem e corte oxi-acetilênica e brasagem, a quantidade de radiação emitida requer medida de segurança. Definição A radiação é energia eletromagnética fornecida pelo arco que pode ferir os olhos e queimar a pele. Um soldador vê a luz visível do arco, mas não vê ou não percebe a radiação ultra – violeta e a infravermelha. A radiação muitas vezes é silenciosa e indetectável, mas pode causar sérios danos ao corpo humano. Efeitos da Radiação Os efeitos da radiação dependem do comprimento da onda, intensidade e do tempo exposto a energia radiante. Apesar de uma variedade de efeitos serem possíveis, seguem-se dois dos principais danos mais comuns: queimadura na pele e danos aos olhos. Tipos de Radiação Radiação ionizante (raios X) Produzida por processos de soldagem por feixe eletrônico. Pode ser controlada dentro dos limites aceitáveis quando é usada proteção adequada na área ao redor dos feixes de elétrons. Esta radiação é produzida durante a ação de esmerilhar (apontar) a ponta do eletrodo de tungstênio – thório para o processo TIG / GTAW. O pó formado pelo esmerilhamento é radioativo. Este tipo de radiação pode ser controlado pela exaustão local. Radiação não Ionizante (raio ultravioleta, e infravermelho) A intensidade e comprimento de onda da energia produzida dependem do processo e dos parâmetros de soldagem, da composição química do metal de base e do eletrodo (vareta ou arame), fluxo e qualquer camada de revestimento do metal de base e do metal de adição. A radiação ultravioleta aumenta aproximadamente ao quadrado em relação a energia de soldagem. A radiação visível emitida pelo arco aumenta numa taxa muito menor. Processos que utiliza argônio como gás de proteção aumenta a emissão de radiação ultravioleta. Para se proteger da radiação ionizante deve-se evitar inalar o pó do esmerilhamento da ponta dos eletrodos de tungstênio – thório. A radiação emitida pelo eletrodo de tungstênio – thório durante a soldagem e descarte de resíduo, armazenamento são praticamente desprezíveis em condições normais. Para se proteger da radiação não ionizante, deve-se usar capacetes ou máscaras com filtro de proteção adequados de acordo com a norma ANSI Z87.1. As cortinas coloridas usadas como proteção na área de soldagem não devem ser usadas como filtros de soldagem, pois elas não impedem a ação da radiação, só quebra o brilho luminoso do arco. 8 O equipamento de proteção individual é extremamente necessário para evitar a exposição a estas radiações desde que sejam respeitados as normas vigentes para cada processo de soldagem. Por exemplo: o processo TIG com gás de proteção argônio emite uma radiação ultravioleta mais forte que outros processos a arco elétrico, sua lente de proteção contra os raios ultravioleta é de número 12. Um valor abaixo disso não impedirá a passagem da radiação ultravioleta que agirá silenciosamente, ou seja, seus efeitos maléficos aparecerão depois de um bom tempo de exposição a esta radiação. Mascaras: equipamento de proteção ocular e facial, protege o soldador contra respingos e radiações. As radiações do arco elétrico que além de provocar queimaduras na pele pode queimar os olhos. Óculos de segurança: protege os olhos do soldador contra radiações, respingos, fagulhas e limalhas de metal de peças esmerilhadas. Protetor Facial: protege o rosto de fagulhas e limalhas de metal esmerilhado. Capuz ou Touca de segurança para proteção do crânio e pescoço contra riscos de origem térmica Protetor Auricular Tipo Concha e Plugue: protege o sistema auricular de ruídos provenientes de máquinas motrizes. Mangote: protege o soldador das radiações e respingos Macacões, casacos e aventais: protege o soldador contra radiações e respingos. Capacete: Protege o soldador contra queda de peças. Luvas: protegem as mãos das queimaduras resultantes das radiações, choques elétricos, respingos e escórias quentes. 9 Filtro Respiratório: Deve ser usado em operações de soldagem e corte em áreas confinadas. Sapatos e Botas de Proteção: protege os pés do soldador contra respingos, gotas de metal fundido e queda de peças. Perneiras ou Polainas: protege o soldador contra respingos e escórias quentes. Quadro 1: Equipamentos de Proteção Individual Módulo 2 – Soldagem TIG / GTAW / Introdução e Conceito Introdução Figura 10: Processo de Soldagem TIG O processo de soldagem TIG tem a fama, justificada, de ser um processo de “alta qualidade”, pois foi desenvolvido no início dos anos 40 para atender a uma indústria bem exigente, que é a aeroespacial. Trata-se de um processo que utiliza gás inerte e um eletrodo de tungstênio não consumível, formando uma poça de fusão bem controlada, o que o torna especialmente adequado para soldar materiais especiais, principalmente os não ferrosos, ou juntas que precisem de bom acabamento na raiz, como em indústrias farmacêuticas, alimentícias, ou de petróleo, entre outras. Mas, como se poderia esperar, este processo é muito sensível, e várias dificuldades podem surgir quando se pretende utilizá-lo sem estudar sua adequação. É quase impossível soldar em ambientes sujos ou sobre materiais muito corroídos ou impuros como os ferros fundidos devido a problemas de desoxidação da poça; sua automação exige tudo muito bem ajustado, pois o processo não admite grandes variações de comprimento de arco; e se é necessário soldar grandes espessuras também não se pode esperar muito, pois mesmo com os processos recentes de mais alta produtividade (como o “hot wire” por exemplo) as taxas de deposição ainda não são comparáveis às de outros processos. • Hot Wire – sistema automático de deposição do metal de adição pré-aquecido. • Cold Wire – sistema automático de deposição do metal de adição a frio. 10 Conceito Solda TIG (Tungsten Inert Gás) ou GTAW (Gás Tungsten Arc Welding): é um processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo de tungstênio e proteção gasosa. No processo de soldagem TIG usa-se o gás Argônio (Ar) ou o gás Hélio (He), ou até mesmo, os dois juntos, com o objetivo de proteger poça de fusão do contato como oxigênio e o hidrogênio e de resfriar o eletrodo de tungstênio após a soldagem. O gás argônio é identificado pela cor marrom enquanto o gás hélio é identificado pela cor laranja. É comum termos também uma mistura de argônio (Ar) com dióxido de carbono (CO2). Os gases mais comumente utilizados são o argônio e hélio ou mistura de ambos e ainda mistura de argônio/hidrogênio e devem ser de alta pureza. Embora a função principal do gás seja proteger a poça de fusão da atmosfera, o tipo de gás usado influencia as características e comportamento do arco e o resultado da soldagem. O principal fator que influencia a eficácia é a densidade do gás. O argônio com peso atômico de 40 é aproximadamente 1,5 vezes mais pesado que o ar e 10 vezes mais pesado que o hélio. O argônio saindo da tocha tende a formar uma cobertura sobre a poça enquanto o hélio tende rapidamente a sair dessa área. Assim, para se obter a mesma proteção, o fluxo de hélio deverá ser de duas ou três vezes maior que a do argônio. Na escolha do gás de proteção deve-se levar em conta o potencial de ionização que o gás oferece, medida em volts. O potencial de ionização do argônio é de 15,7v e do hélio é de 24,5 v que representa a mínima voltagem a ser mantida. O processo denominado TIG e GTAW é a mesma coisa, todavia, possuem uma diferença na utilização dos gases de proteção. No processo TIG usa-se apenas gases inertes como gás de proteção, e no processo GTAW usa-se gases reativos. Obs: O potencial de ionização significa que o gás só começa a produzir uma condutividade maior melhorando o potencial de calor e a emissividade de elétrons, ou seja, reduzindo a resistência elétrica para facilitar a passagem do arco de soldagem, a uma determinada voltagem. Vemos que o gás argônio oferece o efeito termiônico a um valor de tensão mais baixo que o hélio. A soldagem de materiais neste processo se dá por meio de um alto grau de aquecimento do metal de base proporcionado pelo arco elétrico que surge entre o eletrodo de tungstênio e a peça a ser soldada denominada metal de base, ou metal de trabalho, promovendo a fusão, ou seja, o ponto de liquefação do metal unindo dessa forma os materiais envolvidos na soldagem com a utilização ou não de um metal de adição. O eletrodo de tungstênio é usado neste processo por ser capaz de suportar uma temperatura de 3.422 ºC, onde ocorre o seu ponto de fusão e por ser também um elemento de alta emissão termiônica. Efeito Termiônico: é o aumento do fluxo de elétrons que saem de um metal, devido ao aumento da temperatura. Ao aumentar-se substancialmente a temperatura do metal, haverá uma facilidade maior para a saída dos elétrons. O processo de soldagem TIG é conhecido na Alemanha como WIG – Wolfrâmio Inert Gás – pois, wolfrâmio é outra designação usada para tungstênio. Embora chamados de eletrodos permanentes (não consumíveis) os eletrodos de tungstênio se gastam. Em condições normais, estes eletrodos, com comprimentos mais comuns de 150 e 170 mm, duram 30 horas de arco aberto. Trata-se de um processo na maioria das vezes manual, em que uma das mãos conduz a tocha e a outra a vareta de metal de adição analogamente a soldagem oxido - acetilênica. É o processo mais utilizado para soldagem em chapas de fina espessura menores que 3 mm obtendo melhor aspecto da solda e menor deformação nas peças. O processo de soldagem TIG tem um campo de aplicação muito vasto, podendo ser utilizado em todas as posições. Basicamente neste processo se solda todos os tipos de metais, aços não ligados, de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis e ligas de alta temperatura assim como os metais não ferrosos, tais como alumínio e suas ligas, magnésio, cobre, níquel e titânio. A espessura dos materiais soldados neste processo varia entre 0,5 a 0,8 mm. 11 Os equipamentos utilizados no processo de soldagem TIG são: Máquina de solda – que é a mesma que se usa para soldar com eletrodo revestido, tendo o grampo terra no pólo positivo e a tocha no pólo negativo, uma mangueira (marrom ou preta) que liga a tocha ao cilindro do gás inert – argônio ou hélio, eletrodo de tungstênio por onde passa a corrente elétrica de soldagem, e vareta de adição o elemento consumível no processo. O eletrodo de tungstênio não é o consumível no processo de solda TIG. Ele é apenas o condutor de eletricidade que provoca o arco elétrico de solda, muito embora ele gaste. A medida que se efetua a solda o eletrodo de tungstênio tem sua ponta de solda deformada dificultando a passagem da corrente elétrica, podendo com isso provocar uma descontinuidade na solda, sendo necessário que se refaça a ponta do eletrodo (afiação) provocando o seu desgaste. No processo de soldagem TIG, apenas dois elementos em seu consumo influenciam diretamente no resultado da soldagem, ou seja, participam diretamente da solda, são eles: o gás de proteção e a vareta de adição. Muito embora o eletrodo de tungstênio gaste, ele não se consome de forma que influencie o resultado da solda, por este motivo apenas o gás de proteção e a vareta ou o metal de adição são considerados consumíveis no processo. Já vimos que no processo de soldagem TIG, o gás geralmente utilizado é o ARGÔNIO, o arco elétrico se estabelece entre a peça de trabalho e um eletrodo de tungstênio, que a poça de fusão e o eletrodo são protegidos contra os efeitos do ar atmosférico por um gás inerte, cujo fluxo é direcionado por um bocal que circunda o eletrodo. O arco elétrico é ignitado pelo contato do eletrodo de tungstênio com o metal de trabalho no caso de acionamento manual e por um gerador de pulso (gerador de alta freqüência ou alta tensão) que dispara o arco entre o eletrodo e a peça sem o contato dos mesmos. O eletrodo de tungstênio representa apenas o terminal de um dos pólos, preferencialmente o negativo, e não é adicionado à poça de fusão sendo considerado um elemento não consumível neste processo. Conseqüentemente são utilizados eletrodos de material de alto ponto de fusão e de alta emissão termiônica. Para solda de aço, cobre, níquel, titânio, etc., é utilizada corrente contínua com polaridade direta (eletrodo conectado ao terminal negativo) aquecendo menos o eletrodo e mais o metal de base se comparado com a polaridade inversa. Alumínio e suas ligas são normalmente soldados com corrente alternada. A corrente alternada oferece um arco que limpa a chapa dos óxidos no ciclo positivo, permitindo que a solda flua facilmente. Alumínio pode também ser soldado com corrente contínua, polaridade direta, com o uso de Hélio como gás de proteção. A soldagem do alumínio em corrente contínua positiva é possível nos processos automatizados pela facilidade que esta corrente (CCPI ou CCEP) tem de expulsar os óxidos refratários da poça de fusão. A soldagem TIG manual é uma das que requer maior treinamento e habilidade do soldador, e onde, diga-se de passagem, a presença feminina é mais comum. Nos processos mecanizados ou automatizados não existe a necessidade de um soldador, apenas de um operador, que, entretanto, deve conhecer bem o arco elétrico para identificar possíveis problemas. Não há formação de escória, o que permite boa visibilidade e conseqüentemente não existe o trabalho de remoção da escória entre os passes. É uma solda que se mostra “limpa”. O maior perigo promovido por este processo de soldagem é fornecido pela radiação ultravioleta mais forte (o arco é intenso e não existem fumos ou fumaça) não existe um perigo adicional na soldagem. Apenas deve-se atentar para que a máscara de proteção tenha a lente adequada para a intensidade do processo (muita gente acha que todas as lentes são iguais) e é recomendável utilizar roupas bem fechadas para evitar a queimadura da pele. Mas é muito importante esclarecer que o gás, que tem um cheiro peculiar devido à formação de ozônio, NÃO CAUSA IMPOTÊNCIA. Não se sabe exatamente quem lançou este boato, mas sem dúvida foi uma brincadeira de mau gosto que afetou fortementeos soldadores e, pasmem, já ouvi de leigos que esta soldagem é muito cansativa, pois requer um avental de chumbo... Isto não tem qualquer fundamento. 12 Este processo de soldagem permite controlar o aporte de calor, não se quer dizer que o processo apresente inerentemente um baixo aporte de calor. Deve-se lembrar que o aporte de calor é a quantidade de calor adicionado (em Joules ou KJ) por unidade linear de comprimento de solda (em m, cm ou mm), ou Aporte = tensão x corrente/ velocidade. Mesmo sendo um processo que utiliza baixa tensão e pode utilizar baixa corrente, que permite a formação de uma poça de fusão bem pequena, a energia depende fundamentalmente da velocidade de soldagem, e em um processo manual a velocidade de soldagem depende do soldador. Se ele “costurar” a solda com grande amplitude pode estar adicionando tanto ou mais calor do que em um processo por eletrodo revestido, por exemplo. O que melhor expressa a característica intrínseca do processo é a INTENSIDADE DE FONTE e pode-se afirmar que este é um processo de alta intensidade, pois o calor é bem concentrado. Os metais de adição são na maioria dos casos, metais ligados, ou seja, há neles ligas de outros metais adicionados que não permite que a soldagem seja autógena. No processo TIG a soldagem somente será autógena quando a soldagem for efetuada sem a adição do metal de solda. Portanto a soldagem autógena só poderá ser efetuada com sucesso em chapas bem finas onde é possível soldar sem adicionar nenhum metal de adição. Concluindo; soldagem autógena é aquela onde não se adiciona metal de adição, ou seja, no caso de união de duas peças elas são posicionadas juntas (sobrepostas ou em raiz sem abertura, entre outros tipos de junta) e o eletrodo de tungstênio funde as duas peças sem adicionar qualquer consumível (vareta ou arame em bobina). É comum em chapas muito finas. A soldagem TIG pode, portanto ser AUTÓGENA ou COM METAL DE ADIÇÃO. As vantagens de desvantagens deste processo de soldagem são: Processo de Soldagem TIG Vantagens Desvantagens • Soldas de excelente qualidade • Ótimo acabamento do cordão de solda • Menor aquecimento da peça soldada • Baixa sensibilização à corrosão e ausência de respingos • Pode ser automatizado • Leva certa vantagem em alguns casos sobre a soldagem Mig/Mag • Dificuldade de utilização em presença de corrente de ar • Inadequado para soldagem de chapas de mais de 6 mm. • Produtividade baixa devido à taxa de deposição • Custo do equipamento alto • Processo depende da habilidade do soldador, quando não automatizado Tabela 3: Vantagens e Desvantagem do Processo de Soldagem TIG Módulo 3 – Introdução a Eletrotécnica Básica, Equipamentos de Soldagem e Fontes de Energia Introdução a Eletrotécnica Básica Tensão e Corrente Elétrica Tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Sua unidade de medida é o volt, em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta. Por outras palavras, a tensão elétrica é a "força" responsável pela movimentação de elétrons em um condutor. A tensão elétrica é uma força magneto – 13 motriz que surge nos metais condutores de energia elétrica após serem oscilados num campo magnético uniforme. A corrente elétrica é apenas a passagem de elétrons na superfície dos condutores metálicos impulsionados pela força eletro motriz denominada tensão. Os elétrons de um condutor metálico se movem pelas camadas dos átomos somente quando é empurrada por uma força denominada tensão fazendo com que os elétrons se desloquem de forma ordenada e com sentido estabelecido, sempre do pólo negativo para o pólo positivo. (Slide Movimento dos Elétrons) A unidade de medida da tensão elétrica é Volts (V) e o aparelho usado para medir a intensidade de tensão elétrica em um condutor é o voltímetro A unidade de medida da corrente elétrica é ampér (A) e o aparelho usado para medir a intensidade de corrente elétrica é o amperímetro. Amperímetro Voltímetro Quadro 2: Aparelhos de Medição Elétrica Corrente Elétrica Corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica que se move num condutor elétrico impulsionado pela tensão. Corrente Alternada A corrente alternada, ou CA (em inglês AC - alternating current), é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência de corrente alternada é senoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Corrente Contínua Corrente contínua (CC ou, em inglês, DC - direct current), também chamada de corrente galvânica é o fluxo constante e ordenado de elétrons sempre numa direção. Como Medir os Valores de Corrente e de Tensão de Soldagem Para se medir os valores de corrente e tensão na soldagem é preciso conhecer a forma como os dois aparelhos são inseridos no circuito de soldagem. Para fazer a leitura da corrente elétrica podemos utilizar dois aparelhos, o amperímetro e o multímetro também conhecido como multi – teste. No caso da 14 soldagem utilizaremos apenas o multi – teste por este poder efetuar a leitura tanto da corrente elétrica (A) como da tensão elétrica (V). O tipo mais convencional e eficaz de aparelho de medidas elétricas é o alicate amperímetro, conforme mostra a figura da esquerda acima. Para efetuar – mos a leitura da corrente elétrica devemos abraçar o cabo da tocha, (no caso TIG), ou do porta – eletrodo (no caso do eletrodo revestido) selecionar a seletora para efetuar a leitura de corrente elétrica e fechar o circuito iniciando a soldagem. Figura 11: Medição da Corrente Elétrica de Soldagem No caso de efetuarmos a leitura da tensão elétrica utilizaremos dois cabos de pontas de prova de medição um preto (+) e o outro vermelho (-) que deverão ser conectados aos bornes do multi – teste nas respectivas cores (preto e vermelho) e em seguida devem ser espetados nos cabos de soldagem respeitando a polaridade da conexão, ou seja, ponta de prova vermelho conectado no cabo negativo da máquina e a ponta de prova preto conectado no cabo positivo da máquina. Figura 12: Medição da Tensão Elétrica de Soldagem 15 Equipamentos Para Soldagem TIG Sistema Semi – Automático (Avançado) Figura 13: Equipamento de Soldagem Semi - Automático Fonte de Corrente e Equipamento de Comando Ligação na Rede (Cabo de Alimentação da Fonte de Energia) Fonte de corrente com sistema de refrigeração interno Válvula solenóide de controle da vazão da água de refrigeração. Válvula solenóide de controle da vazão do gás de proteção. Fonte de corrente com gerador de alta frequência. Fonte de corrente com ventilação forçada. Gás de Proteção Cilindro de gás de proteção Válvula reguladora de pressão com medidor de vazão. Multicabo Cabo de comando da pistola Cabo condutor de corrente de soldagem Mangueira de condução do gás de proteção Mangueira de condução da água de refrigeração Pistola Pistola Com Botão de Comando Ligação Com a Peça Cabo – obra com garra Tabela 4: Componentes do Equipamento de Soldagem Semi - Automático 16 Sistema Convencional Figura 14: Equipamento de Soldagem Convencional Fonte de Corrente e Equipamento de Comando Ligação na rede (Cabo de Alimentação da Fonte de Energia) Fonte de corrente com ventilação forçada. Gás de Proteção Cilindro de gás de proteção Válvula reguladora de pressão com medidor de vazão Multicabo Cabo de comando da pistola Mangueira de condução do gás Cabo condutor de corrente Pistola Pistola convencional sem botão de comando Ligação Com a Peça Cabo – obra com garra Tabela 5: Componentes do Equipamento de Soldagem Convencional Fontes de Energia Podemos utilizar como fontes de energia elétrica para obtenção do arco elétrico para soldagem quatro tipos de máquinas:• Geradores de Solda – fornece corrente contínua, sendo possível trabalhar na soldagem de metais tanto com corrente contínua positiva (CC+) ou polaridade inversa e com corrente contínua negativa (CC-) ou polaridade direta. Figura 15: Geradores de Solda 17 • Transformadores de Solda – fornece corrente alternada (CA) e sua função básica é fornecer uma baixa tensão de soldagem e uma alta corrente de soldagem. Suas vantagens são: baixo custo inicial (compra), baixo custo de manutenção e não provoca o sopro magnético. Suas desvantagens são: o arco fica muito instável, é limitada a alguns tipos de eletrodos, torna difícil a abertura do arco. Figura 16: Transformador de Solda • Retificadores de Solda – sua função básica é fornecer uma baixa tensão de soldagem e uma alta corrente de soldagem que fornece tanto corrente contínua positiva ou inversa (CCPI +) como corrente contínua negativa ou direta (CCPD -). O retificador de solda embora receba corrente alternada em sua alimentação ele transforma, através de um processo de retificação esta corrente alternada em corrente contínua. Suas vantagens são: baixo custo inicial (compra), baixo custo de manutenção, muda de polaridade de acordo com o eletrodo, é uma corrente lentamente regulável e, baixo índice de poluição sonora. Suas desvantagens são: produz fenômeno de sopro magnético e, é impossível regular a voltagem. Figura 17: Retificador de Solda • Inversores de Solda – as inversoras não possuem transformadores de tensão e corrente. A queda da tensão e o aumento da corrente são feitos eletronicamente em seu interior. Sua função básica também, é a de fornecer uma tensão de soldagem baixa e uma corrente de soldagem alta. O uso de dispositivos semicondutores de energia (tiristores) permite o controle direto tanto da tensão quanto da corrente. Como os retificadores, os inversores também fornecem corrente contínua direta ou indireta sendo bem mais leves e compactos que os retificadores. Sua desvantagem é o custo elevado. Figura 18: Inversor de Solda Características das Máquinas de Solda • Tensão de soldagem baixa, aproximadamente entre 5 e 25 V • Corrente de soldagem alta, aproximadamente 8 a 600 A • Corrente de solda regulável • Proteção contra curto circuito • Pequena instabilidade da corrente elétrica e do arco durante a soldagem (no caso de um transformador) 18 Serviços de Ligação e Manutenção de Fontes de Corrente de Soldagem Os serviços de ligação e manutenção das fontes de corrente de soldagem é em parte de responsabilidade do soldador e em parte de responsabilidade de um eletricista. Vejamos então quais responsabilidades competem a ambas as partes. Deveres do Eletricista Deveres do Soldador • Ligar a fonte de corrente a rede. • Montar a tomada de ligação a rede. • Realizar serviços de ligação e manutenção em sistema de proteção na ligação com a rede, providenciando cabos, disjuntores, disponibilização de circuitos em painéis, alimentadores, etc. • Testar a fonte de corrente e a ligação com a rede, providenciando a mudança da tensão para outra tensão da rede em função da tensão de operação da máquina. • Inverter a ligação para corrigir o sentido de rotação do ventilador • Desligar da rede a fonte de corrente para trabalhos de manutenção (somente se esta ligação a rede for feito por meio de tomadas). • Observar as orientações do fabricante sobre os serviços e cuidados com o equipamento, tais como: soprar regularmente a fonte de ar com ar comprimido seco, para retirar o pó; testar o funcionamento do sistema de refrigeração e testar o sentido de rotação do ventilador. • Apertar e fixar todas as ligações por parafusos e terminais, antes da soldagem. • Examinar a pistola, o multicabo e o cabo obra, e providenciar a troca caso algum deles apresentarem algum problema • Desligar a fonte de corrente para trocar o eletrodo de tungstênio • Limpar a válvula dos cilindros antes da ligação dos manômetros, assim como testar a vedação • Fixar as mangueiras do gás e testar a vedação • Manter o bocal da pistola limpo e centrado Tabela 6: Diferença entre o Dever do Eletricista e o Dever do Soldador Pistola Para Soldagem TIG ou Tocha GTAW As tochas do TIG são desenvolvidas para operações manuais ou automáticas. As tochas usadas na soldagem manual são providas com punhos ao passo que as usadas na soldagem automática não necessitam destes punhos. Existem dois tipos de tochas usadas no TIG, as refrigeradas à água e as refrigeradas à ar. As tochas refrigeradas à ar são usadas quando a corrente de soldagem é de até 150 A e as refrigeradas à água são usadas para correntes mais altas e múltiplos de 50 A, por exemplo 200 A, 250 A, 300 A, etc. As tochas do TIG são classificadas pela capacidade de condução corrente a um ciclo completo de 100%. O fluxo de água nas tochas refrigeradas à água é controlada por uma válvula solenóide colocada na 19 máquina de soldagem. O cabo de força nas tochas refrigeradas a água fica dentro da mangueira de retorno ou de saída de água de refrigeração. Isto ajuda a manter o cabo frio e assim os cabos de menor diâmetro podem ser usados. A tocha para soldagem manual refrigerada a água com cabo conectado é mostrado na figura abaixo. Uma pinça é usada para segurar o eletrodo na tocha do TIG; o tamanho da pinça varia de acordo com o tamanho do eletrodo. O bocal de gás da tocha do TIG é a parte mais fraca e é conectada ao corpo da tocha por uma rosca. Esses bocais geralmente são feitos de material cerâmico, contudo, para baixos valores de correntes, tochas com bocais de metal podem ser usadas. Os bocal de cerâmica são frágeis e podem facilmente quebrar pela intensidade do calor do arco. Eles não podem estar com pequenas falhas ou quebras, isto leva à um envelope de gás assimétrico, e as vezes inadequado, que pode levar a uma solda de baixa qualidade. Bocais de gases especialmente desenvolvidos são, também, usadas para reduzir a turbulência do gás ao mínimo. Pode ser mantido a uma distância de até 25 mm do bocal à peça de trabalho. Este procedimento facilita a observação e permite ao soldador chegar em locais de difícil acesso como cantos fechados. Bocais especiais também são desenvolvidos de forma a permitir a proteção para a soldagem do titânio e outros metais de fácil oxidação. Figura 19: Detalhe de uma tocha TIG para sistema Semi - automático As pistolas podem ser classificadas quanto as suas tochas da seguinte maneira: Figura 20: Tipos de tochas TIG 20 Componentes ou Acessórios da Tocha GTAW Difusores de Gás ou Porta Pinça O difusor de gás é uma peça cilíndrica de metal, que é responsável pela distribuição do gás de proteção e também é o suporte de fixação da pinça porta eletrodo. Há dois tipos de difusores de gás para pistola TIG: • Tipo Convencional – É o mais usado por ter a vantagem de ser barato e de se adaptar a vários tipos de bocal de um mesmo fabricante. Figura 21: Difusor de Gás Convencional • Tipo Gás e Lens – este tipo de difusor permite a distribuição uniforme do gás de proteção através dos fios e das telas de aço inox em malhas bem finas. Embora seja bem mais caro e não se adapta a qualquer tipo de bocal, o que caracteriza suas desvantagens, este difusor é caracterizado por diversas vantagens que oferece como: proporcionar um fluxo uniforme de gás de proteção; reduzir em até 40% o consumo do gás de proteção; o alcance de proteção da poça de fusão é maior, proporcionando uma boa proteção mesmo se a ponta do tungstênio estiver projetada até 15 mm para fora do bocal; proporciona melhor visão da área de solda em espaços limitados; e por fim reduz o risco de poros, mesmo em condições não ideais. Figura 22: Difusor de Gás Tipo Gás e Lens Bocal de Gás Os bocais de gás para pistolas TIG são disponíveis em diferentes tamanhos e formatos, para atenderas mais variadas geometrias das juntas a serem soldadas. Em geral os bocais são fabricados em cerâmica como a alumina, um isolante elétrico capaz de suportar altas temperaturas. Estes bocais são leves e quebradiços, principalmente depois de ser expostos a altas temperaturas. Deve-se também, dar grande importância ao diâmetro do bocal, que tem de ser grande o suficiente para proteger de forma adequada a poça de fusão. A medida do diâmetro do bocal é uma vez e meio maior do que a poça de fusão, isto garante a devida proteção a poça de fusão, desde que seja respeitado as regras vigentes para se evitar problemas durante a soldagem. Uma observação muito relevante a ser observada pelo soldador é a condição de uso do bocal antes da soldagem. Caso haja uma quebra, mesmo que pequena, no bocal, esta deve ser substituída imediatamente. Figura 23: Bocal de Gás 21 Pinça Porta Eletrodo A pinça porta eletrodo é quem segura o eletrodo de tungstênio dentro da tocha. Há nele uma fenda, que assim que é pressionado pelo rosqueamento da capa esta fenda é espremida contra o eletrodo de tungstênio prendendo-o internamente. A pinça porta eletrodo é fixada dentro do difusor de gás. Figura 24: Pinça Porta - Eletrodo Capa de Proteção da Pistola TIG A capa de proteção de pistola TIG tem como característica fixar o eletrodo de tungstênio dentro da pinça porta eletrodo e vedar a passagem do gás de proteção para que este saia apenas pelo bocal de gás. Há dois tipos de capa da tocha TIG: capa longa e capa curta. O comprimento da capa normalmente é longo por causa do tamanho do eletrodo de tungstênio. Porém, devido a trabalhos em lugares de difícil acesso desenvolveu-se a capa curta que possibilita a soldagem em lugares de pouco espaço. Caso tenha-se que usar a capa curta para efetuar a solda em lugares de pouco espaço, deve-se cortar o eletrodo de tungstênio a um tamanho adequado para o uso da capa curta. As capas possuem um anel de vedação que evita o vazamento do gás de proteção. Figura 25: Capa Protetora Longa e Curta Abaixo apresentaremos um desenho da tocha TIG com todos os detalhes construtivos existentes nela. Figura 26: Detalhes da Tocha de Soldagem TIG 22 Módulo 4 – Eletrodo de Tungstênio / Técnicas de Afiação Eletrodo de Tungstênio Há vários tipos de eletrodos de tungstênio para o processo de soldagem TIG conforme mostra a tabela abaixo. Eletrodos de Tungstênio Classificação AWS Elementos de Liga (%) Identificação por Cor Classificação SAE / ASTM EWP Puro Verde RO 7900 EWTh-1 1% de Tório Amarelo RO 7911 EWTh-2 2% de Tório Vermelho RO7912 EWTh-3 3% de Tório Lilás RO 7913 EWTh-4 4% de Tório ? RO 7914 EWTh-8 8% de Tório ? RO 7918 EWTCe-2 2% de Cério Laranja RO 7932 EWTLa-1 1% de Latânio Preto RO 7941 EWTLa-1,5 1,5% de Latânio Ouro RO 7942 EWTLa-2 2% de Latânio Azul RO 7943 EWZr-3 0,3% de Zircônio Marrom RO 7920 EWZr-8 0,8% de Zircônio Branca - EWY-2 2% de Ítrio ? - EWG Não especificado Cinza - Tabela 7: Tipos de Eletrodo de Tungstênio EWP: Este tipo de eletrodo contém um mínimo de 99,5% de tungstênio. Oferece boa estabilidade de arco quando usado com corrente alternada. A ponta do eletrodo se mantém limpo com formato arredondado. Também pode ser usado em corrente contínua, mas neste caso não provê a iniciação de arco e as características de estabilidade que os ligados oferecem. São eletrodos de baixo custo e são usados principalmente para ligas de alumínio e magnésio. No entanto a capacidade de condução de corrente é inferior aos ligados. EWTh: Esses eletrodos oferecem melhor iniciação do arco, pois o óxido de tório melhora a qualidade de emissão de elétrons e 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 em corrente contínua com polaridade direta CCPD. Mantém uma configuração de ponta afiada durante a soldagem. Raramente são usados em corrente alternada pela dificuldade de manter a ponta arredondada. EWCe: Foram introduzidos no mercado americano nos anos 80, para substituir os eletrodos com Tório, pois o Cério não é um elemento radioativo e é elemento abundante da família dos ”terras raras”. Em relação aos eletrodos de tungstênio puro, apresentam mais facilidade para abrir o arco, oferecem melhor estabilidade de arco. Os eletrodos EW Ce-2 operam com AC e CC em ambas polaridades. 23 EWLa: Os eletrodos de tungstênio ligados com Lantânio foram desenvolvidos na mesma época daqueles com Cério pela mesma razão de não ser radioativo. As vantagens deste tipo são semelhantes aos de Ce. EWZr: Os eletrodos ligados com Zircônio (contém 0,25% de Zr) e as suas características geralmente estão entre aquelas do tungstênio puro e os ligados com tório. Em corrente alternada combina as características de estabilidade de arco e a 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 ao de tungstênio puro e são preferidos para aplicações que exigem alta qualidade radiográfica e baixa contaminação de tungstênio. EWY2: O eletrodo de tungstênio com ítrio foi elaborado através do método de metalurgia de pós. As pesquisas em relação ao desempenho da aglutinação e a resistência de corrosão do metal de fusão consideraram que a adição do óxido de ítrio tem a função de melhorar a capacidade de aglutinação do material de tungstênio, realça a resistividade do material de tungstênio contra corrosão para o metal de fusão e diminui a queima do eletrodo. EWG: Estes eletrodos contem outros elementos de liga em proporções diferentes daqueles existentes com especificação determinada. Podem também ter uma mistura de elementos de liga. Muito embora haja estes nove tipos de eletrodos de tungstênio os mais comumente utilizados em nosso dia a dia é o EWTh-2 e o EWP, podendo também encontrar o EWZr, por atender a toda demanda de atividades na soldagem e também um custo mais baixo. Será muito raro utilizarmos outro tipo de eletrodo de tungstênio no dia a dia, todavia, à título de informação é sempre bom conhecermos a existência de outros compostos do eletrodo de tungstênio. Nomenclatura dos Eletrodos de Tungstênio Os eletrodos de tungstênio são identificados por letras e números que o identifica quanto a sua composição. EWxxxx----yyyy • E = eletrodo; W = símbolo químico do tungstênio conforme a tabela periódica; xxxx = símbolo químico do metal adicionado a composição do tungstênio; yyyy = porcentagem do metal adicionado na composição do tungstênio. • EWP = eletrodo de tungstênio puro, ponta verde. • EWTh-2 = eletrodo de tungstênio com 2% de tório adicionado a composição E – eletrodo; W – símbolo químico do metal tungstênio conforme a tabela periódica; P – indica o estado de pureza do eletrodo; Th – símbolo químico do tório; Zr – símbolo químico do zarcônio; o número que vem em seguida indica em porcentagem a quantidade de elemento inserido em sua composição. Técnicas de Afiação A forma da ponta do eletrodo é um item fundamental a ser observado na soldagem TIG e há uma variedade de preparações de conformidade com as aplicações. Assim, com soldagem em CA os eletrodos de tungstênio puro ou tungstênio com zircônio tem uma ponta arredondada. Na soldagem em 24 CC os com tório, cério ou lantânio são normalmente empregados com a ponta esmerilhada e com vários ângulos. Utilizam-se várias geometrias, que afetam de forma diferente a forma e tamanho do cordão. Independente da geometria da ponta do eletrodo é importante que seja mantida conforme o procedimento de soldagem estabelecido. A mudança na geometria influencia nas características de arco, penetração, tamanho e forma do cordão, e, portanto, a configuração da ponta é umavariável que deve ser analisada durante o estabelecimento do procedimento de soldagem. Normalmente obtém-se a geometria adequada por esmerilamento ou com a técnica de “bailling” ou ainda por ataque químico. “Bailling”ou Arredondamento Faz-se o arredondamento da ponta abrindo um arco sobre uma placa de cobre refrigerada, aumentando-se a corrente até que a ponta fica avermelhada e o tungstênio começa a fundir. A corrente é então extinguida formando-se uma ponta hemisférica cujo tamanho não deve exceder 1 1/2 vezes o diâmetro do eletrodo, caso contrário irá cair antes de se solidificar. A ponta deve ficar brilhante. Se ficar opaca deve-se aumentar a corrente. Se ficar azul púrpura ou escuro é indicação de insuficiente proteção de gás (post flow). Isso significa que a atmosfera oxidou o eletrodo quando ainda estava quente, contaminando-o. A recomendação é proteger por um tempo de 1 segundo / 10A de corrente após o término do arco, o que é suficiente para proteger o tungstênio até que se resfrie abaixo de sua temperatura de oxidação. Esmerilhamento Para produzir uma boa estabilidade de arco o esmerilhamento deverá ser feito de modo que o eixo do eletrodo seja perpendicular ao eixo do rebolo circular. O eletrodo de tungstênio deve ser esmerilhado no sentido de seu eixo, ou seja, não circunferencialmente. O rebolo deverá ser utilizado somente com o eletrodo de tungstênio para não causar contaminação. Afiação por Ataque Químico É obtida submergindo a ponta incandescente do eletrodo de tungstênio em um recipiente com nitrato de sódio. Os eletrodos de solda com corrente contínua devem ser pontiagudos. É importante que o apontamento seja feito corretamente, ou seja, no sentido longitudinal do eletrodo. Uma norma prática para se obter o cone correto da ponta, é que o comprimento do cone deve ser 2 vezes o diâmetro do eletrodo e o ângulo de afiação do cone deve ser de 30º. Figura 27: Comprimento da Ponta do Cone do Eletrodo de Tungstênio Então temos que: llll = comprimento da ponta; D é o diâmetro (ø) do eletrodo; llll= 2 X D Exemplo: ø do eletrodo 1,6 mm – sendo l = 2D, temos l = 2 X 1,6 mm = 3,2 mm Então o comprimento da ponta para eletrodo de tungstênio de 1,6 mm de diâmetro é de 3,2 mm. Este valor se atribui apenas ao eletrodo pra solda em corrente contínua. Na solda com corrente alternada a ponta do eletrodo deverá ser levemente arredondada. 25 Escolha do Diâmetro do Eletrodo Os eletrodos são bastões de tungstênio puro ou com adições de óxidos de outros elementos e servem para conduzir a corrente elétrica até o arco elétrico. A faixa de corrente utilizável para um eletrodo depende do seu tipo e diâmetro e do tipo de polaridade da corrente de soldagem, todos os quais dependem da espessura do metal de base a ser soldado. Na tabela abaixo o limite inferior de corrente está associado com a perda de estabilidade do processo e o limite superior com o desgaste excessivo ou a fusão do eletrodo. Como regra geral, quanto maior for a espessura a soldar e maior condutividade térmica do metal base, maior será o diâmetro do eletrodo a utilizar, requerendo o mesmo uma corrente mais elevada. Quando se utiliza o diâmetro correto, o arco será estável e fácil de operar. Se o eletrodo for muito fino a ponta se fundirá excessivamente, contaminando o metal de solda. Ao contrário sendo o eletrodo demasiadamente grosso, a mancha catódica do arco vagará sobre a ponta do mesmo e o arco ficará instável e difícil de operar. Para soldar corretamente e conservar melhor o eletrodo é aconselhável utilizar a corrente mais alta do parâmetro correspondente a cada diâmetro. A tabela abaixo mostra os valores de corrente que cada eletrodo suporta em função do seu diâmetro. Diâmetro do Eletrodo Tungstênio / Tório (EWTh) Corrente Contínua Polegada Milímetro Tungstênio Puro (EWP) Corrente Alternada (CA) Tungstênio / Zircônio (EWZr) Corrente Alternada (CA) (CC+) (CC-) 0.020 0.5 5 a 15 5 a 20 5 a 20 0.040 1.0 10 a 60 15 a 80 20 a 80 1/16 1.6 50 a 100 70 a 150 80 a 150 10 a 20 3/32 2.4 100 a 160 110 a 200 120 a 220 15 a 30 1/8 3.2 130 a 180 150 a 200 200 a 275 25 a 40 5/32 4.0 180 a 230 180 a 250 250 a 400 40 a 55 Tabela 8: Valores Mínimos e Máximos de Corrente de Soldagem em Função do Diâmetro dos Eletrodos Preparação da Extremidade do Eletrodo de Tungstênio A preparação da extremidade do eletrodo de tungstênio deve observar o tipo de corrente que se irá trabalhar, se é corrente alternada ou contínua. O valor da intensidade de corrente determina o diâmetro do eletrodo e o tipo de corrente utilizada determina o tipo de eletrodo que usaremos e como deve ser feito a afiação de sua extremidade. Os eletrodos em negrito na faixa cinza da tabela acima são os mais comumente utilizados no dia a dia. A afiação dos eletrodos de tungstênio é feita por meio de esmerilamento o que provoca ranhuras em sua ponta. Estas ranhuras devem estar no sentido longitudinal do eletrodo, ou seja, mesmo sentido do ângulo do cone que forma a ponta. Este ponto deve ser observado porque se as ranhuras estiverem no sentido oposto ao ângulo de afiação, no sentido transversal, o arco de solda será desviado de seu alvo podendo gerar descontinuidades na solda bem como dificultar o trabalho da solda. Soldagem Com Corrente Contínua – (Eletrodo – EWTh ou EWZr – no Pólo Negativo) Para efetuar a soldagem em corrente contínua tem-se que atentar ao procedimento de afiação da extremidade 26 do eletrodo. O comprimento do cone de afiação deve ser de duas vezes o diâmetro do eletrodo e o ângulo de abertura do cone da ponta deve 30º e 50° e, as ranhuras feitas no esmerilamento devem estar no sentido longitudinal. Em alguns casos especiais será necessário o polimento da ponta do eletrodo para retirar as ranhuras. Figura 28: Afiação por Esmerilhamento do Eletrodo EWTh (CCPD) Soldagem Com Corrente Alternada (Eletrodo EWP ou EWZr) – Na soldagem com corrente alternada, deve-se atentar para os seguintes fatos: se o eletrodo for de diâmetro inferior ou igual a 1,6 mm não há necessidade de afiação, pois é normal que no processo de soldagem em corrente alternada haja um arredondamento natural da ponta do eletrodo tomando a forma de uma esfera denominada calota e, os eletrodos dentro desta especificação, ao ser submetido a soldagem adquiri este formato sem a necessidade do esmerilamento. Se o diâmetro do eletrodo for igual ou maior que 1,6mm, ele deve ser esmerilado, porém o ângulo de abertura do cone deve ser de 90º podendo dar uma leve desbastada em sua ponta já que, durante o processo de soldagem ela irá automaticamente arredondar-se. Figura 28: Afiação por Esmerilhamento do Eletrodo EWP (CA) Obs: Para uma adequada afiação do eletrodo de tungstênio devem respeitar as informações acima. O sentido das ranhuras devem ser no mesmo sentido da ponta do eletrodo, na vertical, para isso a afiação da ponta do eletrodo deve ir de contra o sentido do giro do esmeril fazendo com que as ranhuras fiquem voltadas para a ponta do eletrodo. As ranhuras devem ser direcionadas a ponta do eletrodo para melhorar no direcionamento do arco elétrico. 27 Regulagem da Corrente A regulagem correta da corrente é reconhecida pelo formato da extremidade do eletrodo conforme podemos ver na tabela abaixo. Corrente de Soldagem Tipo de Corrente Eletrodo de Tungstênio Muito Baixa Correta Muito Alta CC Toriado EWTh-1 e EWTh-2 Puro EWP CA Toriado EWTh-3 Obs1: Se a extremidade for contaminada pelo contato com a poça de fusão ou pela com a vareta de adição, essa parte deve ser removida imediatamente através de uma nova afiação do eletrodo. Obs2: Os eletrodos de tungstênio, muito embora haja o desgaste natural devido às necessidades de afiação não são considerados consumíveis de soldagem, pois o mesmo, não se consome como parte do processo de soldagem, ou seja,ele não se funde com o metal de base, ele apenas é o condutor do arco elétrico de solda. Tabela 9: Regulagem da Corrente Reconhecida pelo Formato da Extremidade do Eletrodo Seleção da Corrente de Soldagem A tabela abaixo irá mostrar uma relação entre a corrente de soldagem em função da espessura dos metais de base, do tipo de chanfro, do diâmetro do tungstênio e do diâmetro da vareta de adição. Aço Carbono e Aço Liga Corrente Contínua; Eletrodo no Pólo Negativo; Junta de Topo; Posição Plana Diâmetro Espessura da Chapa em mm Tipo de Chanfro Número de Passes Eletrodo Toriado mm Vareta de Adição mm Intensidade da Corrente (A) 1,0 I 1 1,0 ou 1,6 1,6 ou 2,0 30 a 40 2,0 I 1 1,6 ou 2,4 1,6 ou 2,0 70 a 80 3,0 I 1 ou 2 2,4 2,4 70 a 90 4,0 I ou V 2 2,4 2,4 70 a 130 5,0 V 3 2,4 ou 3,2 2,4 75 a 130 6,0 V 3 2,4 ou 3,2 2,4 ou 3,0 75 a 130 Tabela 10: Seleção da Corrente de Soldagem para Aço Carbono e Aço Liga 28 Alumínio Corrente Alternada; Junta de Topo; Posição Plana Diâmetro Espessura da Chapa em mm Tipo de Chanfro Número de Passes Eletrodo Puro (EWP) mm Vareta de Adição mm Intensidade da Corrente (A) 1,0 I 1 1,6 ou 2,4 2,0 40 a 50 2,0 I 1 1,6 ou 2,4 3,0 60 a 80 3,0 I 1 2,4 3,0 110 a 130 4,0 I 1 ou 2 2,4 ou 3,2 3,0 120 a 150 5,0 I ou V 1 ou 2 3,2 3,0 150 a 200 Tabela 11: Seleção da Corrente de Soldagem para Alumínio Cobre Corrente Contínua; Eletrodo no Pólo Negativo; Junta de Topo; Posição Plana Diâmetro Espessura da Chapa em mm Tipo de Chanfro Número de Passes Eletrodo Toriado mm Vareta de Adição mm Intensidade da Corrente (A) 1,5 I 1 1,6 2,0 90 a 100 3,0 I 1 3,2 3,0 1500 a 200 5,0 V 2 4,0 4,0 180 a 300 Tabela 12: Seleção da Corrente de Soldagem para Cobre Obs: Na soldagem nas posições vertical ascendente e sobrecabeça, a corrente de soldagem é reduzida em cerca de 10 a 20% em função da dificuldade maior que estas posições impõem, forçando o soldador a obter uma velocidade mais baixa de soldagem. Fixação do Eletrodo de Tungstênio na Pistola TIG O eletrodo é colocado na tocha de modo que a sua extremidade estende-se além do bocal por uma distância de cerca de um diâmetro do eletrodo. Maiores extensões podem ser usadas para se conseguir uma maior visibilidade da poça de fusão e uma maior facilidade de se atingir pontos de difícil acesso, mas necessitam de uma maior vazão de gás para se conseguir uma proteção adequada. Campo de Aplicação dos Eletrodos de Tungstênio Eletrodos Aplicação Vantagens Desvantagem EWP Soldagem do alumínio, ligas de alumínio, magnésio, ligas de magnésio em corrente alternada. - Mais barato - Apropriado para corrente alternada, proporcionando pequeno efeito de retificação - Boa estabilidade do arco em CA - Não é bom emissor de Elétrons - Fácil desgaste - Não suporta altas correntes EWTh-1 Soldagem dos aços, cobre, níquel e titânio em baixas correntes - Difícil desgaste - Bom emissor de elétrons - Suporta altas correntes - Mais caro - Propicia efeito de retificação de corrente quando usado em corrente alternada - Reduzida a estabilidade do arco elétrico quando usado em corrente alternada 29 EWTh-2 Soldagens dos aços, cobre níquel, e titânio em qualquer faixa de corrente Soldagem do alumínio com corrente contínua em processo automatizado - Difícil desgaste - Bom emissor de elétrons - Suporta altas correntes - Mais caro - Propicia efeito de retificação de corrente quando usado em corrente alternada - Reduzida a estabilidade do arco elétrico quando usado em corrente alternada EWTh-3 O mesmo campo de utilização do EWTh-2 e utilizado também para soldagem e corte plasma - Difícil desgaste - Bom emissor de elétrons - Suporta altas correntes - Mais caro - Propicia efeito de retificação de corrente quando usado em corrente alternada - Reduzida a estabilidade do arco elétrico quando usado em corrente alternada ETWh-4 Utilizado na indústria nuclear, tanto em corrente contínua como em corrente alternada - Difícil desgaste - Suporta altas correntes - Mais caro ETWh-8 Corte plasma - Difícil desgaste - Muito caro EWTL (Eletrodo de Latânio) Corte plasma - Difícil desgaste - Muito caro Obs: Em corrente contínua os eletrodos e tungstênio são acoplados no pólo negativo da máquina. A inversão deste provocará um grande aumento de temperatura destruindo prontamente a ponta do eletrodo. Para evitar a destruição da extremidade do eletrodo deve-se utilizar eletrodos de diâmetros bem superiores que suporte um elevado aporte térmico o que torna o processo inviável devido ao custo e a qualidade resultante da soldagem. Tabela 13: Campo de Aplicação dos Eletrodos de Tungstênio Considerações Gerais Sobre Alguns Tipos de Eletrodos de Tungstênio Cor Verde Vermelha Marrom Branca Cinza Ouro Azul Classe AWS EWP EWTh-2 EWZr-3 EWZr-8 EWCe-2 EWLa- 1.5 EWLa-2 Tungstênio com Adição Puro 2% de Tório 0,3% de Zircônio 0,8% de Zircônio 2% de Cério 1,5% de Latânio 2% de Latânio Ignição Ruim Boa Ruim Ruim Ótima Ótima Ótima Estabilidade do Arco Ruim Boa Boa Boa Ótima Ótima Ótima Alta Corrente Ótima Boa Boa Boa Ruim Ótima Ótima Durabilidade Ruim Ótima Boa Boa Ótima Ótima Ótima Resistência a Contaminação Ruim Boa Ótima Ótima Boa Boa Boa CC Ruim Ótima Ruim Ruim Ótimo Ótima Ótima Corrente CA Ótima Ruim Ótima Ótima Boa Ótima Ótima Tabela 14: Características dos Eletrodos de Tungstênio Diâmetro dos Eletrodos de Tungstênio Diâmetro em Polegada 3/64 1/16 5/64 3/32 1/8 5/32 3/16 1/4 5/16 Diâmetro em Milímetro 1,2 1,6 2,0 2,4 3,2 4,0 4,8 6,4 8,0 Tabela 15: Diâmetro dos Eletrodos de Tungstênio 30 Recomendações para o Uso dos Eletrodos de Tungstênio • Os eletrodos de Tungstênio devem ser limpos antes do uso, e mantidos armazenados em embalagens originais. • O comprimento do eletrodo deve ter a mínima exposição do gás protetor. • Deve-se impedir o contato entre a ponta quente do eletrodo, o material de base e o metal de adição. • No caso de um contato acidental se deverá afiar novamente a ponta do eletrodo. • Deve-se evitar um afinamento profundo a fim de evitar uma estabilidade do arco. • O fluxo do gás protetor deve ser mantido até total resfriamento do eletrodo. • Normalmente a ponta do eletrodo deve permanecer brilhante, no caso de contaminação apresenta- se descolorida por oxidação, e isso pode dificultar a ignição do arco. • O metal base dever estar isento de graxa, pintura, óxidos ou outros agentes contaminadores, e devem ser soldados imediatamente depois de limpos e de preferência decapados. Módulo 5 – Corrente de Soldagem e Arco Elétrico A corrente de soldagem é uma das variáveis mais importantes do processo tendo uma forte influência na penetração da solda. Maiores correntes causam uma maior penetração permitindo a soldagem de chapas mais espessas ou um aumento na velocidade de soldagem. A tabela abaixo mostra condições típicas para a soldagem de aço carbono em juntas de topo com corrente contínua e eletrodo negativo. Condições Típicas de Soldagem GTAW de Aço Carbono em Juntas de Topo Espessura da Junta (mm) 1,6 – 3,2 3,2 – 6,4 6,4 – 12,7 Tipo de Junta Chanfro em I V Duplo V Corrente, CC- (A) 50 a 100 70 a 120 90 a 150 Tensão (V) 12 12 12 Tipo de Eletrodo EWTh-2 EWTh-2 EWTh-2 Diâmetro do Eletrodo (mm) 2,4 2,4 3,2 Metal de adição (mm) 1,6 - 2,4 2,4 - 3,2 2,4-3,2 Gás de proteção Argônio Argônio Argônio Vazão (l/min) 7 - 9 7 - 9 10 - 12 Tamanho do bocal (mm) 9,5 (3/8”) 9,5 (3/8”) 12,7 (1/2”) Distância máxima do bocal à peça (mm) 12,7 12,7 12,7 Temperatura mínima da peça 16º C 16º C 16º C Tratamento térmico após soldagem Nenhum Nenhum Nenhum Posições de Soldagem P, H, V, SC P, H, V, SC P, H, V, SC Posições de Soldagem / P = plana; H = horizontal; V = vertical ascendente; SC = sobrecabeça Tabela 16: Condições Típicas de Soldagem GTAW de Aço Carbono emJuntas de Topo 31 Corrente e Polaridade A utilização dos tipos de correntes elétricas interfere no processo em relação a alguns tipos de metais que exigem correntes elétricas características para uma melhor soldagem dos elementos. Os tipos de corrente elétrica utilizada neste processo são; • Corrente contínua negativa, conhecida como corrente contínua de polaridade direta CCPD ou corrente contínua com eletrodo no negativo CCEN. • Corrente contínua positiva, conhecida como corrente contínua de polaridade inversa CCPI ou corrente contínua com eletrodo no positivo CCEP. • Corrente alternada CA. Cada uma delas é indicada para aplicações próprias com vantagens e desvantagens. A CCPD é usada no processo TIG e GTAW em praticamente todos os metais. A tocha é conectada ao pólo negativo da fonte de energia e o metal de base é conectado ao pólo positivo da fonte. Quando o arco é estabelecido, os elétrons vão do eletrodo de tungstênio para metal de base. Nesse caso, cerca de 70% do calor ficará concentrado no lado positivo do arco, ou seja, no metal de base, o que oferece maior penetração da poça de fusão no metal de base e menor fusão da superfície, ou seja, teremos um cordão de solda estreito, fino. O eletrodo recebe uma menor porção de energia e trabalha a uma temperatura mais baixa. Ao mesmo tempo em que os elétrons estão indo de encontro ao metal de base os íons são atraídos pelo eletrodo deixando o metal de base. Para utilizar a CCPI, a tocha deve ser conectada ao terminal positivo da fonte e o metal de base no terminal negativo. Neste caso, o fluxo de elétrons ainda é do negativo para o positivo, porém o eletrodo agora é o pólo positivo do arco e metal de base o negativo. Agora os elétrons saindo da peça, estão impactando o eletrodo resultando um efeito de aquecimento. O eletrodo recebe a maior quantidade de calor e, portanto aquece mais, e o metal de base recebendo a menor quantidade de calor tem uma penetração menor, mais superficial, e uma fusão maior, ou seja, um cordão de solda mais largo, grosso. Além disso, na CCPI há maior susceptibilidade ao efeito das forças magnéticas (sopro magnético), fazendo com que o arco às vezes mova-se de um lado para o outro. Porém na soldagem de metais não ferrosos como o alumínio e o magnésio onde há a formação de óxidos refratários quando expostos ao ar atmosférico, o emprego da CCPI se faz necessário, pois exerce um processo de limpeza desses óxidos. Assim, antes de se soldar alumínio deve-se remover essa película de óxidos, devido o seu ponto de fusão ser maior que o próprio metal base (o ponto de fusão do óxido de alumínio é de 2200ºC enquanto que o ponto de fusão do alumínio é de 660ºC), mediante escovamento ou produto químico (detergente neutro). Este óxido também pode ser removido durante o processo de soldagem utilizando-se a CCPI, pelo efeito do fluxo de carga íons que vão do eletrodo de tungstênio acoplado ao pólo positivo para metal de base acoplado ao pólo negativo, que tem a força suficiente para quebrar essa película de óxido e eliminá-la, permitindo a limpeza da peça. Contudo há algumas desvantagens na soldagem com a CCPI em relação a CCPD. Na soldagem TIG com a CCPI deve-se utilizar eletrodos de tungstênio de diâmetros maiores que produzirão uma poça ou fusão mais larga e uma penetração menor em relação ao uso da CCPD. Por exemplo. Para se soldar com uma corrente de 125A utilizando a CCPI como corrente de soldagem, emprega-se um eletrodo de “1/4” (6,4 mm), e para o mesmo valor de corrente empregaremos um eletrodo de tungstênio de “1/16” (1,6 mm) utilizando a CCPD como corrente de soldagem. O eletrodo menor utilizado na CCPD irá concentrar o calor em uma área menor resultando numa penetração maior e numa fusão menor dando melhor qualidade e garantia a soldagem em relação a utilização da CCPI como corrente de soldagem. Para ser ter as vantagens da CCPD e CCPI ao mesmo tempo, a solução poderá ser a corrente alternada. Na corrente alternada tem-se a movimentação dos íons e elétrons nos dois sentidos dependendo da fase do ciclo, que se alterna de positivo para negativo e vice-versa continuadamente. O calor gerado entre o eletrodo e o metal de base também se alterna acompanhando o movimento do ciclo da corrente alternada. A alternância da intensidade de calor gerada nos ciclos de corrente distribui uniformemente e 32 igualmente o calor gerado de forma que tanto o metal de base quanto o eletrodo de tungstênio fique com 50% do calor gerado em cada extremidade. Esta distribuição uniforme do calor gerado resulta numa penetração média, nem profunda como ocorre na CCPD e nem rasa como ocorre na CCPI e uma fusão também média, nem estreita como obtemos na CCPD e nem larga como obtemos na CCPI. A figura das características da solda TIG relacionada ao tipo de polaridade e corrente, mostra estas variações da soldagem em função do aporte de calor que os elementos da soldagem recebem. Característica da Solda TIG Relacionada ao Tipo de Polaridade e Corrente Tipo de Corrente CC - CC + CA Fluxo de Elétrons e Íons Perfil do Cordão Limpeza de Oxido Não Sim Sim (meio ciclo) Balanço do Calor 70% na Peça 30% no eletrodo 30% na Peça 70% no Eletrodo 50% na Peça 50% no Eletrodo Tabela 17: Característica da Solda TIG Relacionada ao Tipo de Polaridade e Corrente Corrente Contínua Pulsada A corrente contínua pulsada é a variação repetitiva da corrente elétrica entre dois valores, um valor mínimo e um valor máximo em intervalos de tempo pré estabelecidos para a atuação dos valores máximo e mínimo da corrente. Nesse processo controla – se o tempo do pulso e o nível de corrente num valor máximo e mínimo. A forma da onda da corrente gerada por esta fonte de soldagem é de onda retangular, que pulsa ciclicamente entre dois valores denominados corrente de pulso e corrente de base em intervalo de tempo denominado tempo de pulso e tempo de base. No tempo de pulso o valor da corrente é o estabelecido para efetuar a soldagem o que significa que será o nível mais elevado de corrente de soldagem, ou seja, valor máximo de corrente, e o tempo de base o valor da corrente é reduzido a um valor percentual regulado na máquina de soldagem. Este valor percentual reduz o valor da corrente máxima a um nível pré – estabelecido. Então temos no tempo de pulso, valor de corrente máxima estabelecido para a soldagem, e no tempo de base o valor da corrente máxima reduzido percentualmente. A corrente pulsada possibilita o aquecimento e a formação de uma poça fundida durante o tempo de pulso de corrente elevada e o resfriamento e solidificação durante o tempo de base de corrente reduzida ou baixa, ou corrente de base no qual a amplitude da corrente é necessária apenas para manter o arco estável. Figura 29: Gráfico de tensão / corrente para fonte pulsada. 33 A principal vantagem da corrente pulsada é permitir uma combinação da força do arco com boa penetração e fusão do metal de base no momento do tempo de pulso alto onde a corrente é elevada, enquanto mantém a área de soldagem relativamente fria (menos quente) no ciclo seguinte que é o momento do tempo do pulso de base onde a corrente é uma corrente de base mantida apenas para manter a estabilidade do arco. Assim, é possível obter maiores penetrações do que em corrente contínua constante e trabalhar com materiais mais sensíveis à aposição de calor com minimização das distorções, ou seja, trabalhar com materiais que não suportam uma corrente elevada que provocará deformações em sua estrutura, como flambagem, empenos, etc. A soldagem com corrente contínua pulsada é essencial para soldagens fora de posição, principalmente a posição de sobre-cabeça que evita o escorrimento indesejável da solda garantindo um cordão de solda mais limpo de boa qualidade e mais garantida. Por esses motivos, o processo também é particularmente útil na soldagem de materiais muito finos. Apesar de muito utilizada
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