Aula 4B_Gases Proteção

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Mário Bittencourt - UNESA – 2014.2 1
14/08/2014
Gases de Proteção
para Soldagem
Gases de Proteção
para Soldagem
Docente: Mário Bittencourt
SUMÁRIOSUMÁRIO
� Propriedades dos gases de proteção
� Gases de proteção para soldagem
� Eficácia do gás de proteção
� Problemas relacionados ao gás de proteção
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GÁS DE PROTEÇÃOGÁS DE PROTEÇÃO
� Gases, como outras formas de 
matéria, têm certas propriedades, e 
cada gás têm propriedades que os 
distinguem de outros gases.
� A principal propriedade de um gás 
de proteção é a capacidade de 
proteger a poça de fusão da 
contaminação dos gases da 
atmosfera e
� Promover uma atmosfera 
conveniente e ionizável para o arco 
elétrico.
GÁS DE PROTEÇÃOGÁS DE PROTEÇÃO
� Entretanto um gás que proporciona 
uma perfeita proteção contra o ar, não 
necessariamente é o melhor para o 
arco de soldagem.
� Existem, além do custo, outras 
propriedades que são importantes e 
devem ser consideradas para a 
escolha do gás de proteção.
� Densidade relativa, condutividade 
térmica, potencial de ionização.
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DENSIDADE RELATIVA AO ARDENSIDADE RELATIVA AO AR
� Considera-se a densidade do 
ar igual a 1.
� Um gás mais denso que o ar 
faz uma cobertura mais 
efetiva sobre a poça de fusão.
� Gases mais leves que o ar 
tendem a subir para longe da 
área de solda e vazões 
maiores são necessárias, a 
menos que a soldagem seja 
sobre cabeça, é claro.
DENSIDADE E DENSIDADE RELATIVA COMPARADA AO ARDENSIDADE E DENSIDADE RELATIVA COMPARADA AO AR
at 15°C and 1b
value
Density kg/m3
Relative density
to air
Argon
1,669
1,37
He
0,167
0,14
CO2
1,849
1,44
O2
1,337
1,04
N2
1,17
0,91
H2
0,085
0,06
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CONDUTIVIDADE TÉRMICACONDUTIVIDADE TÉRMICA
� O calor do arco elétrico é inicialmente concentrado na 
coluna de arco entre o eletrodo e a peça.
� A extensão do calor transferido para a zona de 
soldagem depende da condutividade térmica do gás de 
proteção 
CONDUTIVIDADE TÉRMICACONDUTIVIDADE TÉRMICA
� Condutividade térmica BAIXA, o 
arco terá a região central mais 
quente, o calor não se espalha 
radialmente, resultando em uma 
penetração de formato de nariz.
� Condutividade ALTA, distribuição 
do calor mais uniforme, 
espalhando-se radialmente no 
arco, resultando em uma 
penetração de formato de 
concha.
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CONDUTIVIDADE TÉRMICA CONDUTIVIDADE TÉRMICA 
( W
/c
m
°
C 
)
( °C )
0,04
0,08
0,12
0,16
H2
Ar
0 2000 4000 6000 8000 10000
CO2
He
O2
PLASMAPLASMA
� O plasma e suas funções são 
influenciados pelas 
propriedades físicas do gás de 
proteção, tais como:
- energia de dissociação
- energia de ionização
- condutividade elétrica
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POTENCIAL DE IONIZAÇÃOPOTENCIAL DE IONIZAÇÃO
� É a tensão necessária para 
remover um elétron da 
camada de um átomo.
� A proximidade do elétron 
com o núcleo do átomo, 
determina se o potencial de 
ionização é ALTO ou 
BAIXO.
Potencial de Ionização BAIXO
Potencial de Ionização ALTO
ARGÔNIO
HÉLIO
POTENCIAL DE IONIZAÇÃOPOTENCIAL DE IONIZAÇÃO
BAIXO
� O gás de proteção conduz melhor a energia elétrica, a 
abertura do arco elétrico é mais fácil e a estabilização é 
melhor.
ALTO
� A tensão do arco é mais alta para uma determinada 
corrente e comprimento de arco, e a energia produzida 
é, em parte, devida ao gás de proteção.
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Gas Dissociation energy Ionisation energy
eV eV
Ar -- 15,7
He -- 24,5
CO2 6,3 14,4
02 8,05 12,5
N2 9,76 15,8
H2 4,48 15,4
ENERGIA DE DISSOCIAÇÃO E IONIZAÇÃOENERGIA DE DISSOCIAÇÃO E IONIZAÇÃO
1 ( eV )
CONDUTIBILIDADE ELÉTRICA DO GÁS PLASMACONDUTIBILIDADE ELÉTRICA DO GÁS PLASMA
35 10 20 
30
He
N2
Ar
100
10
1
Temperature
P=1 b
10 °K 
H2 He
%
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DO GÁS PLASMA
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TENSÃO DO ARCO X CORRENTE X GÁS PROTEÇÃOTENSÃO DO ARCO X CORRENTE X GÁS PROTEÇÃO
200 400 600 800 
120
80
40
0
Amperage A
Vo
lta
ge
 
 
V
N2
H2
He
Ar
TENSÃO DO ARCO x CORRENTE x GÁS DE PROTEÇÃO
GASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDAGASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA
� INATIVOS ou INERTES
Argônio
Hélio
� ATIVOS OXIDANTES
Oxigênio
Dióxido de Carbono
� ATIVOS REDUTORES 
Hidrogênio
� PARCIALMENTE INERTES
Nitrogênio
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GASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAMGASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAM
� Quantidade de respingos e fumos de soldagem
GASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAMGASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAM
� Tipo de transferência da gota metálica para a poça de 
fusão.
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GASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAMGASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAM
� Geometria do cordão e o formato da penetração
� Velocidade de soldagem
� Custos de soldagem
GASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAMGASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDA INFLUENCIAM
� Aspecto do cordão de solda.
� Queima de elementos de liga e propriedades mecânicas.
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ESCOLHA DO GÁS DE PROTEÇÀOESCOLHA DO GÁS DE PROTEÇÀO
� Devem ser considerados os seguintes fatores:
1. Processo de solda
2. Material de base
3. Estabilidade do arco elétrico
4. Transferência metálica
6. Velocidade de solda
7. Espessura da chapa
8. Penetração
9. Geometria do cordão
10.Acabamento
GASES UTILIZADOS NA SOLDAGEM DE ALUMÍNIOGASES UTILIZADOS NA SOLDAGEM DE ALUMÍNIO
� O alumínio é sensível ao oxigênio, 
e inclusões de óxido de alumínio, 
que é mais pesado que o alumínio 
em fusão, podem ser obtidas.
� O alumínio é sensível ao 
hidrogênio, causando porosidade.
� Gases utilizados: INERTES
- ARGÔNIO ou HÉLIO
- MISTURAS DE ARGÔNIO + HÉLIO
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PROPRIEDADES GERAISPROPRIEDADES GERAIS
Gas
Argon
Helium
CO2
Oxygen
Nitrogen
Hydrogen
Symbol
Ar
He
CO2
O2
N2
H2
Purity 
%
99,99
99,99
99,7
99,5
99,5
99,5
Dew point
1b,°C
-50
-50
-35
-35
-50
-50
Chem. reaction
in welding
inert
inert
oxydising
oxydising
low reactive
reducing
Baixa condutividade 
térmica, resultando em 
penetração na forma de 
“nariz”.
Gás pesado, que tende 
a formar uma cobertura 
mais efetiva sobre a 
área de solda.
É ionizado facilmente, 
com boa ignição e 
estabilidade de arco.
Muito leve, se dissipa 
rapidamente, vazões 
altas são necessárias.
Ignição difícil e 
estabilidade ruim do 
arco elétrico. Arco 
mais quente.
Alta condutividade, 
resultando em uma 
penetração tipo 
“concha”.
1,39 15,7 eV 0,015
0,14 24,6 eV 0,130
AR
G
ÔN
IO
H
ÉL
IO
ARGÔNIO x HÉLIO COMO GÁS DE PROTEÇÃOARGÔNIO x HÉLIO COMO GÁS DE PROTEÇÃO
Densidade relativa Condutividade térmica1Potencial ionização
1(cm³/0C/sec)
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EFICÁCIA DO GÁS DE PROTEÇÃOEFICÁCIA DO GÁS DE PROTEÇÃO
� Depende de uma série de fatores, incluindo:
- Peso específico do gás
- Fluxo (vazão)
- Tipo de junta
- Diâmetro do bocal
- Comprimento do arco
- Distância do arame à peça
- Superfície da peça
PROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃOPROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃO
� GÁS DE PROTEÇÃO 
- adequado ao processo.
� BOCAL COM RESPINGOS- os respingos no bocal alteram o 
fluxo de gás, provocando 
turbulência e aspiração de ar.
� POSIÇÃO DO BOCAL À PEÇA
- o bocal deve conduzir a 
proteção gasosa a poça de fusão, 
de forma eficiente.
AR
**
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PROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃOPROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃO
� CORRENTES DE AR 
- deslocam a proteção 
gasosa causando 
porosidade.
� LARGURA EXCESSIVA 
DA POÇA DE FUSÃO 
- utilizar bocal adequado a 
largura da poça de fusão e, 
se possível reduzir o seu 
tamanho.
AR
ANTEPARO
PROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃOPROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃO
� FLUXO DE GÁS ALTO
- cria turbulência, arrastando 
contaminação para a área de 
solda
� FLUXO DE GÁS BAIXO
- proteção insuficiente
� POSIÇÃO DO BOCAL À PEÇA
- o bocal deve conduzir a 
proteção gasosa a poça de 
fusão, de forma eficiente
AR
**
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*
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VAZÃO DO GÁS DE PROTEÇÃOVAZÃO DO GÁS DE PROTEÇÃO
� A vazão de gás de proteção deve ser estabelecida em 
função do deslocamento de ar, do tamanho do bocal e 
da dimensão da poça de fusão.
� Uma medida pratica é utilizar o fluxo de gás de 
proteção (litros/minuto), igual ao diâmetro do bocal da 
tocha em mm.
� Ex.: diâmetro bocal 20mm vazão 20 litros/minuto
GÁS LENSGÁS LENS
� É uma espécie de filtro 
metálico, fabricado em aço 
inoxidável, instalado na 
tocha TIG.
� Reduz a turbulência do 
fluxo de gás e melhora a 
proteção gasosa para 
maiores distâncias entre o 
bocal a peça de trabalho. 
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PROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃOPROBLEMAS RELACIONADOS AO GÁS DE PROTEÇÃO
� VAZAMENTO EM TUBULAÇÕES E ACESSÓRIOS
- verificar sempre mangueiras, reguladores de pressão 
e conexões para evitar aspiração de ar através de 
vazamentos.
� VAZAMENTO NAS TOCHAS
- qualquer saída de gases, é também uma entrada de 
impurezas.
BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA
� MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. 
Q., “Soldagem TIG”. In: Soldagem fundamentos e 
tecnologia, 3 ed., capítulo 13, Belo Horizonte, MG, 
Editora UFMG, 2009. 
� MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. 
Q., “Soldagem MIG/MAG e com Arame Tubular”. In: 
Soldagem fundamentos e tecnologia, 3 ed., capítulo 15, 
Belo Horizonte, MG, Editora UFMG, 2009.