Soldagem Híbrida Kaciê Trindade

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SOLDAGEM HÍDRIDA PARA 
MATERIAIS DE GRANDES 
ESPESSURAS
Kaciê Karoline de Araújo Trindade
Processos de Soldagem
02 de outubro, 2018
Sumário
1. Introdução
2. Processos hídridos
2.1 Laser + GMAW
2.2 Laser + GTAW
2.3 PAW + GMAW
3. Aplicações em materiais de 
grandes espessuras
4. Conclusões
5. Referências
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1. Introdução
• Soldagem híbrida é a junção de dois processos
convencionais com a finalidade de se obter um processo
resultante com as características combinadas de seus
processos bases.
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1. Introdução
• Segundo Nielsen (2011) podem se destacar algumas
vantagens na utilização do processo de soldagem híbrida
como:
a) Aumento na profundidade de penetração;
b) Aumento na velocidade de soldagem;
c) Redução nas taxas de calor (com uma estreita
ZTA);
d) Melhor energia acoplada ao sistema;
e) Maior produtividade do processo.
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1. Introdução
• De acordo com Acherjee (2018), o processo de soldagem 
hídrida também possui certas limitações, tais como: 
a) Maior investimento inicial; 
b) Controle de grandes números de parâmetros do 
processo;
c) Maior complexidade (possuindo parâmetros 
adicionais como a distância e ângulo entre as 
tochas dos dois diferentes tipos de soldagem, a 
relação entre as potências e a influência que os 
parâmetros podem apresentar entre si);
d) Medidas adicionais de segurança.
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2. Processos Híbridos
2.1 Laser + GMAW
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Bocal + Arame
Arco elétrico
Possa de fusão
Raio laser
Gás de proteção
2. Processos Híbridos
2.1 Laser + GMAW
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• Um laser de CO2, um laser Nd: YAG ou um laser de 
fibra é usado como fonte primária de calor e o arco 
elétrico é utilizado como fonte secundária de calor 
(ACHERJEE, 2018).
• O laser gera uma fenda na poça de solda que garante 
uma solda de penetração profunda, enquanto o 
material de enchimento fundido produzido durante a 
GMAW ajuda a preencher a fenda da raiz e permite a 
soldagem das peças com maiores lacunas e 
problemas de ajuste (NILSSON et. al., 2003). 
2. Processos Híbridos
2.1 Laser + GMAW
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• Observa-se que a estabilidade do arco GMAW melhora 
quando se combina com um raio laser (DILTHEY et. 
al.,1999).
• O uso de materiais de enchimento melhora a 
composição química da soldagem, adicionando 
elementos de liga na poça de fusão e também melhora 
as propriedades mecânicas da soldagem (LI et al., 
2011).
2. Processos Híbridos
2.1 Laser + GMAW
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2. Processos Híbridos
2.1 Laser + GMAW
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2. Processos Híbridos
2.1 Laser + GMAW
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2. Processos Híbridos
2.2 Laser + GTAW
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• O arco elétrico produzido durante a soldagem GTAW é 
usado como fonte secundária de calor.
• Devido ao uso de eletrodo de tungstênio não 
consumível, podem ser necessários materiais de 
preenchimento adicionais durante a soldagem.
• Comparado com a soldagem híbrida com GMAW, a taxa 
de deposição de metal é muito menor, porque apenas 
uma fração do calor do arco é usada para derreter o fio 
de enchimento durante o processo (ACHERJEE, 2018). 
2. Processos Híbridos
2.2 Laser + GTAW
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• Se comparada a soldagem a laser e da soldagem TIG, 
individualmente, a taxa de fusão do material de base 
para o GTAW híbrido é quase o dobro da soma da taxa 
de fusão de cada (GUREEV, ZAIKIN e ZOLOTAREVSKY, 
1989).
• Adequado para a soldagem de aço inoxidável AISI304 
devido à sua alta velocidade de soldagem e excelentes 
propriedades mecânicas (YAN GAO e ZENG, 2010). 
2. Processos Híbridos
2.2 Laser + GTAW
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• Em comparação com a 
soldagem a laser Nd: YAG 
de liga de alumínio A6061 de 
10 mm, o uso da soldagem 
TIG + laser Nd: YAG resulta 
em penetração mais 
profunda e completa 
eliminação de trincas 
(FUJINAGA et. al, 2003). 
2. Processos Híbridos
2.3 PAW + GMAW
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• O processo de soldagem Plasma-MIG foi desenvolvido 
na década de 70. 
• Em função de apresentar certa independência entre o 
aporte de material fornecido pelo processo MIG e a 
potência adicional fornecida pelo arco Plasma, este 
processo apresentou vantagens na soldagem de 
chapas espessas, principalmente alumínio.
2. Processos Híbridos
2.3 PAW + GMAW
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• Em sua essência o processo Plasma-GMAW é o 
processo Plasma atuando simultaneamente com o 
processo MIG, numa mesma tocha de soldagem. 
• É utilizado um gás para o arco Plasma, outro para o arco 
GMAW e um terceiro gás denominado gás de proteção.
• O gás de proteção envolve os dois arcos e é conduzido 
pelo bocal de gás, além de um circuito de refrigeração 
para o eletrodo Plasma, eletrodo GMAW e bocal. 
2. Processos Híbridos
2.3 PAW + GMAW
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2. Processos Híbridos
2.3 PAW + GMAW
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• Caracteríticas do processo:
Pré aquecimento sem deposição de material
Altos valores de velocidade
Menor ZTA
Baixa quantidade de respingo
Alta penetração
Fácil automação.
3. Aplicações em materiais de grandes
espessuras
• A soldagem híbrida oferece maior penetração de solda 
devido:
a) à maior deposição de energia;
b) melhor absorção de energia do laser em materiais 
de base quando o arco interage no mesmo conjunto 
de solda. 
• Para a soldagem de chapas grossas, a soldagem híbrida 
geralmente é empregada até uma espessura que pode 
ser soldada em um único passe.
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3. Aplicações em materiais de grandes
espessuras
• Com uma velocidade de soldagem de 1 m/min, usando 
um sistema híbrido de 20 kW de laser e de soldagem 
MAG, é possível soldar chapas de aço de espessura de 
até 25 mm em um único passe (ACHERJEE, 2018). 
• Placas de aço de 30 mm de espessura podem ser 
soldadas em passes duplos usando sistema híbrido de 
laser + MAG, onde dois maçaricos MAG são colocados 
em dois lados diferentes das placas (WEBSTER et al., 
2008)
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3. Aplicações em materiais de grandes
espessuras
• Quando comparado à soldagem MIG, o uso de soldagem 
híbrida (laser + MIG) para placas de liga invar 36 (36% 
nickel-iron alloy) de 19,05 mm de espessura resulta em 
(ZHAN et al., 2016):
a) Redução do tempo de soldagem em 8 vezes; 
b) Redução do consumo de material de 
preenchimento em 4 vezes;
c) Redução do pico de deformação em 3 vezes.
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3. Aplicações em materiais de grandes
espessuras
• Chen et al. (2013) empregaram o processo de double-
sided hybrid fibre laser arc para unir chapas de aço de 30 
mm de espessura e obtiveram solda com penetração 
completa em quatro passes, menos que os treze passes 
necessários para o processo double-sided arc welding 
process.
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3. Aplicações em materiais de grandes
espessuras
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4. Conclusão
• A soldagem hibrida tem uma abragente aplicação em 
materiais de grandes espessuras devido a combinação 
das vantagens de dois processos de soldagem, com 
destaque para o Laser + GMAW.
• Placas com espessuras superior a 30 mm também 
podem ser soldadas em condições favoráveis, utilizando 
múltiplos passes e uma ótima folga da junta.
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Referências
• J. Yan, M. Gao, X. Zeng, Study on microstructure and mechanical properties of 304 stainless 
steel joints by TIG, laser and laser-TIG hybrid welding, Opt. Lasers Eng. 48 (2010) 512–517.
• D.M. Gureev, A.E. Zaikin, A.B. Zolotarevsky, Method of laser-arc material processing and its 
applications, Trans. Phys. Inst. USSR Acad. Sci. 198 (1989) 41–61.
• K. Nilsson, S. Heimbs, H. Engström, A.F.H. Kaplan, Parameter influence in CO2- laser/MIG 
hybrid welding, in: Proc. of 56th Annual Assembly of the International Institute of Welding, 
Bucharest, Romania, 2003, IIW Doc. IV- 843-03.
• R. Li, Z. Li, Y. Zhua, L. Ronga, A comparative studyof laser beam welding and laser–MIG hybrid 
welding of Ti–Al–Zr–Fe titanium alloy, Mater. Sci. Eng., A 528 (2011) 1138–1142.
• U. Dilthey, F. Lueder, A. Wieschemann, Technical and economical advantages by synergies in 
laser arc hybrid welding, Weld. World 43 (1999) 141–152.
• S. Webster, J.K. Kristensen, D. Petring, Joining of thick section steels using hybrid laser 
welding, Ironmak. Steelmak. 35 (7) (2008) 496–504.
• Y. Chen, J. Feng, L. Li, S. Chang, G. Ma, Microstructure and mechanical properties of a thick-
section high-strength steel welded joint by novel double-sided hybrid fibre laser-arc welding, 
Mater. Sci. Eng., A 582 (2013) 284–293.
• Nielsen, S. E. Hybrid welding of thick section mild steel. FORCE Institute, Brøndby, Denmark. 
2011. 
• Acherjee B. Hybrid laser arc welding: State-of-art review. Optics and Laser Technology 99 
(2018) 60–71.
• X. Zhan, Y. Li, W. Ou, F. Yu, J. Chen, Y. Wei, Comparison between hybrid laser- MIG welding
and MIG welding for the invar36 alloy, Opt. Laser Technol. 85 (2016) 75–84.
• S. Fujinaga, R. Ohashi, S. Katayama, A. Matsunawa, Improvements of welding characteristics of
aluminum alloys with YAG laser and TIG arc hybrid system, in: Proc. of the 1st International
Symposium on High-Power Laser Macroprocessing, (SPIE 2003), vol. 4831, Osaka, Japan, 
2002, pp. 301–306.
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SOLDAGEM HÍDRIDA PARA 
MATERIAIS DE GRANDES 
ESPESSURAS
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