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EEP – ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA FUMEP – FUNDAÇÃO MUNICIPAL DE ENSINO DE PIRACICABA PROCESSO DE SOLDAGEM MAG GRUPO: Caio Chiavari Franchesci RA: 201201323 Carlos Eduardo Vaz RA: 201200697 Daniel Rodrigues Carlos RA: 201200716 Fábio Jairo Dias RA: 200700053 Pedro Henrique Bonatti RA: 201200705 Lucas Ruiz Inforsato RA: 201200668 Laboratório De Processos Metalúrgicos Piracicaba Junho de 2015 PROCESSO DE SOLDAGEM MAG GRUPO: Caio Chiavari Franchesci RA: 201201323 Carlos Eduardo Vaz RA: 201200697 Daniel Rodrigues Carlos RA: 201200716 Fábio Jairo Dias RA: 200700053 Pedro Henrique Bonatti RA: 201200705 Lucas Ruiz Inforsato RA: 2012668 Prof. Erivelto Marino Relatório da Aula Prática de Processo de Soldagem MAG apresentado para avaliação da Disciplina Laboratório de Processos Metalúrgicos com orientação do Prof. Erivelto Marino. Sumário 1. Objetivos ...............................................................................................................................................5 2. Introdução .............................................................................................................................................5 2.1. Histórico ....................................................................................................................................5 2.2. Processos de Soldagem Soldagem MIG/MAG ...........................................................................5 2.3. Processo de transferência .........................................................................................................6 2.4. Vantagens do Processo .............................................................................................................6 2.5. Equipamento de Soldagem .......................................................................................................7 2.6. Tipos de Transferência do Metal de Adição ..............................................................................7 2.6.1. Curto- circuito ........................................................................................................................7 2.6.2. Globular .................................................................................................................................8 2.6.3. Spray ......................................................................................................................................9 2.7. Tipos e Funções dos Consumíveis no Processo MIG/MAG .................................................... 10 2.7.1. Gás de Proteção ................................................................................................................. 10 2.7.2. Eletrodos ............................................................................................................................ 11 2.8. Características e aplicações .................................................................................................... 11 2.9. Descontinuidades Induzidas Pelo ........................................................................................... 11 2.9.1. Porosidade .......................................................................................................................... 11 2.9.2. Falta de Fusão ..................................................................................................................... 11 2.9.3. Falta de Penetração ............................................................................................................ 12 2.9.4. Inclusão de escoria ............................................................................................................. 12 2.9.5. Mordedura ......................................................................................................................... 12 3. Equipamentos ..................................................................................................................................... 12 4. Material .............................................................................................................................................. 12 5. Procedimento ..................................................................................................................................... 12 6. Questões ............................................................................................................................................. 13 7. Conclusão.............................................................................................................................................14 8. Bibliografia .......................................................................................................................................... 14 Lista de Figuras Figura 1 Representação esquematica do processo MIG/MAG .....................................................................5 Figura 2 Esquema de montagem do equipamento MIG/MAG .....................................................................7 Figura 3 Representação esquemática da transferência por curto-circuito ...................................................8 Figura 4 Representação esquemática por transferência globular ................................................................8 Figura 5 Representação da transferência tipo spray.....................................................................................9 Figura 6 Caracteristica da soldagem por arco Spray pulsado .......................................................................9 Figura 7 Efeito do gás de proteção no formato do cordão de solda .......................................................... 10 1. Objetivos Visualizar o funcionamento do processo de soldagem MIG, os cuidados a serem observados, os parâmetros de soldagem e os equipamentos utilizados. Mostrar ao aluno a importância da utilização de um processo de soldagem com alimentação contínua do metal de adição, na soldagem de metais não ferrosos. O objetivo é fazer uma comparação do resultado do processo utilizando a alimentação contínua do metal de adição com os processos com alimentação manual. 2. Introdução 2.1. Histórico O processo de soldagem a arco elétrico surgiu no século XIX e seus avanços começaram a serem explorados no século XX, mais precisamente os processos MIG, MAG e TIG. Apenas no ano 1948 foi desenvolvido inicialmente o processo MIG com eletrodo de diâmetro menor e com alta porcentagem de gás inerte. Alguns anos mais tarde, mais precisamente 1953 com emprego do CO2 como gás de proteção, dando origem ao processo MAG onde foi direcionado ao ramo industrial. Com os progressos do mundo capitalista, surgiu-se a necessidade de criar e aprimorar alguns processos para suprir a demanda do mercado dinâmico das indústrias. Uma das melhores maneiras de assegurar melhor produtividade e baixo custo de mão-de-obra foi aproveitando as vantagens do processo MIG/MAG. Atualmente o processo MIG/MAG é bastante utilizado pela sua flexibilidade em diversos tipos de metais. É valido ressaltar que seu processo é compatível com os requisitos ambientais. 2.2. Processos de Soldagem Soldagem MIG/MAG No Processo de Soldagem MIG/MAG (Gas Metal Arc Welding – GMAW) é estabelecido um arco elétrico entre um eletrodo consumível nu alimentado continuamente (arame-eletrodo) e o metal de base, sob a proteção constante de uma atmosfera gasosa (gás de proteção). A atmosfera gasosa pode ser de gás inerte, ativo ou uma mistura dos dois. A representação do processo MIG/MAG é apresentada esquematicamente na figura 1. O metal de adição(arame - eletrodo nu), ao se fundir, é transferido à poça na forma de gotas. As características da transferência quanto à forma, quantidade e dimensões das gotas, permitem classificá-las em três tipos: transferência por spray, globular ou curto-circuito. O gás Figura 1 Representação esquematica do processo MIG/MAG empregado é injetado durante toda a soldagem, numa vazão pré- regulada, através do bocal da pistola ou tocha de solda. O gás empregado desempenha o papel principal de proteger o metal líquido da poça de fusão e as gotas fundidas do metal de adição contra a contaminação pelo ar atmosférico. O processo de soldagem MIG/MAG, pode ser semiautomático ou automático. No processo semiautomático o arame-eletrodo é alimentado automaticamente através de uma pistola. O soldador controla a inclinação da pistola conforme os ângulos de trabalho e de deslocamento, o comprimento do arco, a velocidade de deslocamento e a técnica de deposição. No processo automático toda a operação é controlada através de comandos ajustados pelo operador de soldagem. O processo de soldagem MIG/MAG pode ser empregado tanto para uniões quanto para aplicação de revestimento superficial. 2.3. Processo de transferência Os fatores que influenciam na transferência do metal depositado para a poça de fusão são: • Gás de proteção; • Intensidade e tipo de corrente; • Tensão do arco elétrico; • Diâmetro do arame; • Composição química do arame; e • Extensão do arame (“stick-out”). As transferências na soldagem pelo processo MIG/MAG do tipo globular ou tipo curto- circuito, podem ser obtidas normalmente na medida em que se faz variar os parâmetros listados anteriormente, independentemente do gás de proteção que está sendo utilizado. No caso da transferência em spray o mesmo procedimento não se aplica, pois, dependendo do gás que for utilizado, mesmo com emprego de elevadas intensidades de corrente, não será possível obter o spray. Em outras palavras, isso significa que a obtenção do spray está condicionada à utilização de determinados gases de proteção. A seguir, são apresentados exemplos de alguns gases com os quais é possível obter a transferência em spray, além das transferências globular e curto-circuito. • Argônio; • Hélio; • Argônio + Hélio; • Argônio + 1% de O2; • Argônio + 3% de O2; • Argônio + 5% de O2; • Argônio + (até) 15% CO2 2.4. Vantagens do Processo As principais vantagens da soldagem pelo processo MIG/ MAG são: • O processo supera a restrição de eletrodo com comprimento limitado encontrada no processo de soldagem com eletrodo revestido; • A soldagem pode ser feita em qualquer posição, o que não ocorre com o processo de soldagem a arco submerso; • As taxas de deposição são significativamente maiores que as obtidas no processo de soldagem com eletrodo revestido; • A velocidade de soldagem é maior do que a obtida com o processo de soldagem com eletrodo revestido, por causa da contínua alimentação do arame-eletrodo e da maior taxa de deposição; • Devido à alimentação contínua do arame, longos cordões de solda podem ser depositados sem paradas e reinícios; • Quando a transferência em spray for utilizada é possível obter maior penetração comparativamente com o processo de soldagem com eletrodo revestido, o que pode permitir o uso de filetes de solda com menor dimensão para obtenção da mesma resistência; • Uma mínima limpeza após a soldagem é requerida devido à ausência de escória espessa. 2.5. Equipamento de Soldagem Equipamento para soldagem com o processo MIG/MAG consiste de: • Pistola / tocha de soldagem; • Cabeçote de alimentação do arame; • Painel de controle; • Fonte de energia; • Fonte de suprimento regulada de gás de proteção; • Bobina de arame-eletrodo; • Cabos e mangueiras; • Sistema de refrigeração (para tochas refrigeradas a água). A pistola contém um tubo de contato para transmitir a corrente de soldagem para o eletrodo e um bocal de gás para direcionar o gás de proteção às redondezas do arco e da poça de fusão. O alimentador de arame é composto de um motor pequeno de corrente contínua e de uma roda motriz. Figura 2 Esquema de montagem do equipamento MIG/MAG 2.6. Tipos de Transferência do Metal de Adição Os três tipos básicos de transferência de metal de adição (spray, globular e curto-circuito) são de fundamental importância para descrever as características do processo MIG/MAG. A seguir são apresentados cada um desses tipos e suas influências na soldagem. 2.6.1. Curto- circuito A transferência por curto-circuito utiliza as menores faixas de corrente e diâmetros de arame no processo de soldagem MIG/MAG. Esse tipo de transferência produz pequena poça de fusão, de resfriamento rápido, sendo geralmente indicada para soldagem de seções finas, soldagem fora da posição plana e uniões com abertura excessiva de raiz. Nesse processo, o metal é transferido do eletrodo para a poça somente durante o período em que a gota faz o contato. A frequência de contato varia de 20 a 200 vezes por segundo Figura 3 Representação esquemática da transferência por curto-circuito Como ocorre uma violenta separação da gota de metal no momento da sua transferência, isso acaba provocando um nível excessivo de respingos de solda. No caso de transferência por curto-circuito, a taxa de deposição é a menor entre os três tipos de transferência. 2.6.2. Globular A transferência do tipo globular acontece quando se utiliza corrente do tipo (CC+) com valor relativamente baixo. Esse tipo de transferência é caracterizada pela formação de gotas com diâmetro superior ao do eletrodo, que facilmente se desprendem pela ação da gravidade, o que limita essa transferência somente para aplicação na posição plana. Nesse caso, o arco de soldagem deve ser suficientemente longo para permitir o desprendimento das gotas antes que estas encostem na poça de fusão. No entanto, soldas feitas usando alta voltagem e elevado comprimento de arco, são frequentemente inaceitáveis por resultar em penetração insuficiente, falta de fusão e reforço excessivo. Essas ocorrências limitam o uso da transferência globular em soldagens de produção. A figura 4 apresenta a representação esquemática da transferência globular. Nela, pode-se observar a formação da gota (A) e o seu desprendimento para a formação da poça de fusão (B). Figura 4 Representação esquemática por transferência globular 2.6.3. Spray A transferência tipo Spray é produzida com gás de proteção rico em Argônio e é possível produzir um spray axial muito estável e sem respingos conforme ilustrado na Figura 5. Isso requer o uso de (CC+ ) com nível de corrente acima de um valor crítico denominado “corrente de transição”. Abaixo desse nível, a transferência ocorre na forma globular, com taxa de transferência de poucas gotas por segundo. Acima da corrente de transição, a transferência é de gotículas a uma taxa de centenas a cada segundo. Essas gotículas são então aceleradas axialmente através da coluna do arco. A corrente de transição varia conforme o diâmetro do arame, com o “stick-out”, com o ponto de fusão do arame e com o gás de proteção. A transferência no modo spray resulta numa corrente de gotas aceleradas por forças do arco a velocidades que superam a força gravitacional. Por causa disso, o spray, sob certas condições, pode ser usado para soldagem em todas as posições. Nessa transferência não ocorrem respingos. Pelo fato do spray ocorrer na condição de elevada intensidade de corrente, a força do arco resultante poderá cortar peças de espessuras muito finas, ao invés de soldá-las. Por isso, o uso do spray somente se aplica acima de determinada espessura.Por outro lado, a alta taxa de deposição característica do spray, produz um volume de poça de fusão acima do que pode ser suportado para soldagem nas posições verticais e sobre-cabeça, o que na prática restringe o uso do spray somente para a posição de soldagem plana. As limitações do spray quanto à espessura mínima e posição de soldagem têm sido superadas com emprego de fontes de energia especiais, denominadas fontes a arco pulsado Figura 5 Representação da transferência tipo spray Figura 6 Caracteristica da soldagem por arco Spray pulsado As fontes de arco pulsado produzem dois níveis de corrente: uma constante (corrente de fundo), que sustenta o arco sem prover energia suficiente para formar gota na ponta do arame; e outra corrente, correspondente a um pico de corrente com amplitude maior que a corrente de transição necessária para a transferência em spray. 2.7. Tipos e Funções dos Consumíveis no Processo MIG/MAG 2.7.1. Gás de Proteção A finalidade principal do gás de proteção na soldagem MIG/MAG é a de excluir a atmosfera do contato com o metal de solda fundido. Isso é necessário porque a maioria dos metais, quando aquecidos aos seus pontos de fusão e em contato com o ar, apresentam fortes tendências de formar óxidos e, numa menor extensão, nitretos. Essas reações são indesejáveis porque podem resultar em deficiências na solda como escória retida, porosidade e fragilização. Adicionalmente, a proteção que o gás oferece contra a contaminação, principalmente pelo oxigênio e nitrogênio, também tem efeito pronunciado nos seguintes fatores: • Características do arco; • Tipo de transferência metálica; • Penetração e formato do cordão; • Velocidade de soldagem; • Na tendência ao aparecimento de mordeduras; • Ação de limpeza; • Propriedades mecânicas do metal de solda. Os gases de proteção utilizados no processo MIG/MAG, pode ser inerte, ativo ou misturas de gases. O argônio puro é utilizado em muitas aplicações de soldagem de metais não ferrosos. Misturas argônio com hélio (Ar + 50 a 75 % He), aumentam a voltagem do arco (para o mesmo comprimento do arco) para valores superiores aos obtidos com argônio puro. Essas misturas são usadas para soldagem de seções espessas do alumínio, magnésio e cobre , bem como ligas desses metais, porque o maior calor aportado (devido as maiores voltagens) reduz o efeito da alta condutividade térmica desses metais. Por outro lado, argônio puro não é recomendável para soldagem de metais ferrosos (aços carbono, aços baixa liga, etc.) porque o arco elétrico é errático e existem tendências à formação de mordeduras e ângulo excessivo de reforço do cordão de solda. São ainda utilizadas misturas com 1 a 5 % de oxigênio e 3 a 25 % de CO2. Misturas tríplices com 2% de oxigênio e 8 a 10 % de CO2 apresentam em geral ótimos resultados. O gás CO2 é um gás reativo muito utilizado na sua forma pura como gás de proteção na soldagem dos aços carbono e baixa liga. Elevadas velocidades de soldagem, grande penetração da junta e baixo custo são características que encorajam extensivamente o uso deste gás. Com o CO2 as transferências metálicas são dos tipos globular e curto-circuito. Devido à natureza oxidante do arco produzido com o CO2 as propriedades mecânicas da solda poderão ser afetadas, o que é contornado com o emprego de arame- eletrodo com formulação específica, contendo elementos químicos desoxidantes. Figura 7 Efeito do gás de proteção no formato do cordão de solda 2.7.2. Eletrodos Os eletrodos para soldagem MIG/MAG são similares ou idênticos em composição aos dos outros processos de soldagem que utilizam eletrodos nus, sendo que, para o caso específico da soldagem com atmosfera rica em CO2, os mesmos devem conter elementos desoxidantes tais como silício e manganês em percentuais determinados. Como uma regra geral, as composições químicas do eletrodo e do metal de base devem ser tão similares quanto possível, incluindo também a similaridade quanto às propriedades mecânicas de resistência, ductilidade e tenacidade. Contudo, deve-se lembrar que, com emprego do CO2, a composição do eletrodo será acrescida de elementos desoxidantes. 2.8. Características e aplicações O processo de soldagem MIG/MAG produz soldas de alta qualidade com procedimentos de soldagem apropriados. Como não é utilizado fluxo, a possibilidade de inclusão de escória é bem menor se comparada com os processos a arco com eletrodo revestido e arco submerso. Por outro lado, conforme mencionamos antes, há necessidade de remoção da escória dependendo da combinação gás de proteção / arame-eletrodo utilizada. O hidrogênio na solda é praticamente inexistente. A soldagem MIG/MAG é um processo de soldagem aplicável a todas as posições, dependendo do eletrodo e do gás ou mistura de gases empregados. Pode soldar a maioria dos metais e ser utilizado inclusive para a deposição de revestimentos superficiais. Tem capacidade para soldar espessuras maiores de 0,5 mm com transferência por curto circuito. A taxa de deposição pode chegar a 15 kg/h dependendo do eletrodo, do modo de transferência e do gás usado. 2.9. Descontinuidades Induzidas Pelo Na soldagem MIG/MAG podem ocorrer as seguintes descontinuidades: 2.9.1. Porosidade Com emprego de atmosfera ativa (CO2), na medida em que a velocidade de solidificação aumenta o que resulta do emprego de maiores velocidades de soldagem, torna-se maior a probabilidade da ocorrência de poros e porosidades. O próprio gás de proteção pode causar porosidade, caso esteja contaminado ou caso venha a ser utilizado com vazão indevida (baixa ou alta demais). Nesse último caso, o gás poderá não deslocar adequadamente a atmosfera que o envolve (ar atmosférico), a qual contém oxigênio e nitrogênio. O oxigênio e o nitrogênio do ar ao dissolverem-se na poça de fusão darão origem a poros e porosidade no metal de solda. A limpeza inadequada da junta de solda também pode causar porosidade na solda. 2.9.2. Falta de Fusão A falta de fusão pode acontecer na soldagem MIG/MAG com transferência por curto-circuito e transferência globular, em decorrência da regulagem indevida dos parâmetros de solda. O emprego de corrente de soldagem abaixo da recomendada, comprimento do arco muito longo ou uso de velocidade de soldagem excessiva são frequentes motivos para a falta de fusão. 2.9.3. Falta de Penetração A ocorrência da falta de penetração é mais provável com a transferência por curto-circuito. 2.9.4. Inclusão de escoria O oxigênio contido no próprio metal de base, ou aquele captado durante a soldagem sob condições deficientes de proteção, forma óxidos na poça de fusão. Na maioria das vezes, esses óxidos deveriam sobrenadar a poça de fusão, mas eles podem ficar aprisionados sob o metal de solda, dando origem à inclusão de escória. A limpeza inadequada entre passes com uso de atmosfera de proteção ativa (CO2 ou misturas) e arame-eletrodo com desoxidantes (Mn, Si e etc.) também podem ser fatores causadores da inclusão de escória. 2.9.5. Mordedura As mordeduras, quando acontecem, são devidas à inabilidade do soldador e ao emprego de corrente de soldagem excessiva. 3. Equipamentos - Fonte de Tensão - Cilindro de Gás - Manômetro - Bobina de Metal de Adição - Tocha, bocal e bicos de soldagem - 4. Material - Serão utilizadas chapas de aço carbono com espessuras diferentes. 5. Procedimento Após uma breve discussão sobre o soldagem M.A.G o professor nos explicou que neste tipo de processo existem três tipos de transferências, sendo elas a de curto circuito que a soldagem é feita sob baixa corrente elétrica, a globular que usa-se média corrente elétrica e a soldagem do tipo spray que consiste no uso dealta corrente elétrica. Também foi mencionado alguns cuidados a serem tomados durante o processo, como a posição que a tocha deve ficar durante a soldagem, posicionado a 90° com a chapa a ser soldado para que o gás tenha uma melhor eficiência durante o processo. Com isso foi feito uma demonstração da soldagem. E posteriormente cada aluno soldou uma peça. 6. Questões 6.1 Quais os tipos de transferência metálica que podem ocorrer no processo? Como se pode mudar o tipo de transferência? 6.2 Quais os tipos de metais e peças que podem ser soldadas utilizando este processo? 6.3 Quais os tipos de gases utilizados? Quais as funções dos gases utilizados? 6.4 Quais as vantagens da utilização do processo com arame tubular? 6.5 O que é arame tubular auto-protegido? Respostas 6.1 - Podem ocorrer a transferência do tipo globular, a transferência por curto-circuito, e por exprey. A transferência globular se caracteriza pela transferência de gotas com diâmetro maior que o diâmetro do eletrodo utilizado. A variação da corrente influencia o diâmetro médio das gotas transferidas, o qual diminui à medida que a corrente aumenta. A transferência por curto-circuito acontece com baixos valores de tensão e de corrente e é geralmente utilizada na soldagem em posições diferentes da posição plana ou na soldagem de chapas finas e na soldagem de raiz de maior abertura. Neste modo de transferência, quando a gota de metal fundido entra em contato com o metal de base, a intensidade de corrente aumenta o suficiente para aquecer o eletrodo e assim permitir a transferência metálica, em seguida o ciclo recomeça. Percebe-se, pois, que é preciso controlar a velocidade de aumento da corrente de curto- circuito para evitar a violenta separação da gota metálica e a conseqüente dispersão da gota. Embora este modo de transferência ocasione a formação de respingos, a quantidade deles pode ser limitada pelo ajuste da fonte de energia e pela seleção adequada dos parâmetros de soldagem; deste modo, os curto-circuitos ocorrem suavemente e a ponta do eletrodo mergulha na cratera da poça de fusão apenas parcialmente. Na transferência por "spray", o diâmetro médio das gotas diminui à medida que a corrente aumenta, apresentando dimensões inferiores às do diâmetro do eletrodo, de modo que a transferência se processa sob velocidades muito altas, configurando uma névoa. A transferência por "spray" ocorre apenas com nível de corrente acima da corrente de transição, com gás inerte ou com misturas de gases inertes contendo no máximo de 15 a 18% de C02. 6.2 - O processo MAG é utilizado apenas na soldagem de materiais ferrosos, tendo como gás de proteção o CO2 ou misturas ricas nesse gás. 6.3 - Nesse processo ultilizamos geralmente uma mistura de gases, argônio + CO2, ou apenas CO2, o gas reage com a poça de fusão e evita que o oxigênio entre em contato com a poça para não oxidar a soldagem. 6.4 - A solda mag comparada com a de eletrodo revestido é muito mais rápida e eficiente, não temos muita perda tendo em vista que na soldagem por eletrodo revestido sempre temos a perda do final do eletrodo, já na soldagem MAG temos um rolo de arame continuo como consumível, também temos uma grande economia de tempo, pois eliminamos as trocas do eletrodo. 6.5 - O arame tubular auto-protegido é um arame que no seu centro existe um material que substitui o gas ativo, esse material protege a soldagem durante o processo, não precisando assim a utilização de um gas de proteção. 7. Conclusão Após a realização da pratica concluímos que os processos de soldagem MAG, é um processo muito utilizado nas industrias de diversos seguimentos é um processo que se assemelha muito com o MIG, podendo inclusive utilizar a mesma máquina, no entanto se diferem em algumas quesitos por exemplo o uso do GAS, por se tratar de uma solda com proteção gasosa, este processo não se aplica a qualquer lugar, em comparação com o processo de soldagem por eletrodo revestido, o processo MAG apresenta um custo mais elevado, no entanto consegue uma maior produtividade em função da sua alimentação continua do eletrodo. 8. Bibliografia Acessado em 03/06/2015 http://www.fbts.org.br/quantum/cursos/000071/downloads/M1_D4_T4_MIG%20MAG.pdf http://www.lasoldagem.com.br/apostilas/APOSTILA_MIG.MAG_E_ARAME_TUIBULAR_L&A_rev.2.pdf
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