Solda Orbital: Um Processo Avançado de Soldagem

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CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL
TÉCNICO EM SOLDAGEM
LUCIANO VEIGA
SOLDA ORBITAL: Um processo de soldagem avançado 
CANDIOTA
2020
LUCIANO VEIGA
SOLDA ORBITAL: Um processo de soldagem avançado 
Trabalho apresentado ao Centro de Formação Profissional, na modalidade EaD, como requisito para obtenção do título de Técnico em Soldagem.
Orientador: Prof. Cristian Azevedo
Orientador: Prof.______________________
Co-orientador: Prof.____________________
Orientador: Prof.______________________
Co-orientador: Prof.____________________
CANDIOTA
2020
 		
	
À minha família.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por ter me dado a vida, a oportunidade de perseverar e realizar os projetos almejados. Obrigado!!!!!
Ao meu orientador e aos professores, obrigado pelos ensinamentos e orientações. 
E a minha família que sempre me incentivaram não permitindo que eu desistisse. Todos vocês foram muito importantes, cada um da sua maneira. 
"O sucesso não acontece por acaso. É trabalho duro, perseverança, aprendizado, estudo, sacrifício e, acima de tudo, amor pelo que você está fazendo ou aprendendo a fazer."
- Pelé
 
RESUMO
A solda orbital, também conhecida como solda circular surge como um grande avanço para a tecnologia da soldagem, porém não se trata de uma solda que faz parte do meu dia a dia, apesar de estar neste ramo há 15 anos, fazendo com que tivesse interesse em pesquisar e estudar mais este assunto. Dessa forma, o objetivo geral deste trabalho consiste em estudar e aprimorar conhecimentos acerca da solda orbital. Considerando que este trabalho tem como propósito apresentar uma revisão acerta do processo de soldagem orbital, a metodologia adotada para a elaboração deste trabalho consiste em buscar em diversos mecanismos de pesquisas assuntos e curiosidades acerca do tema em questão, a fim de agregar conhecimento a uma área até então desconhecida por mim. Porém, para chegar no processo de soldagem do tipo orbital, faz-se necessário que diversos outros assuntos e aspectos sejam estudados, a fim de facilitar a compreensão do tema principal do trabalho. Portanto, ao final deste trabalho será possível conhecer um pouco mais sobre a solda, os diferentes tipos de processos de soldagem, mas principalmente, sobre o processo de soldagem orbital. 
Palavras-chave: Revisão. Conhecimento. Solda. Processos de Soldagem. Solda Orbital. 
 
ABSTRACT
Orbital weld, also known as circular weld, emerges as a great advance for welding technology, but it is not a weld that is part of my daily life, despite being in this business for 15 years, making me interested to research and study this subject further. Thus, the general objective of this work is to study and improve knowledge about orbital welding. Considering that this work aims to present a correct review of the orbital welding process, the methodology adopted for the elaboration of this work consists of searching various research mechanisms for subjects and curiosities about the subject in question, in order to add knowledge to an area hitherto unknown to me. However, to reach the orbital welding process, it is necessary that several other subjects and aspects are studied, in order to facilitate the understanding of the main theme of the work. Therefore, at the end of this work it will be possible to know a little more about the welding, the different types of welding processes, but mainly, about the orbital welding process. 
Key-words: Review. Knowledge. Weld. Welding Processes. Orbital welding.
LISTAS DE FIGURAS
	Figura 1 -
	Exemplo de um processo de soldagem no meio industrial
	 13
	Figura 2 -
	Exemplo de um processo de soldagem de componentes eletrônico 
	14
	Figura 3 - 
	Exemplo de um processo de soldagem tipo por arco
	15
	Figura 4 - 
	Exemplo de um processo de soldagem tipo MIG
	16
	Figura 5 -
	Exemplo de um processo de soldagem tipo Gás
	17
	Figura 6 - 
	Exemplo de um processo de soldagem tipo Laser
	18
	Figura 7 - 
	Exemplo de um processo de soldagem tipo TIG
	18
	Figura 8 - 
	Esquema do processo de soldagem TIG
	21
	Figura 9 - 
	Característica estática do arco elétrico do processo de soldagem
	22
	Figura 10 - 
	Esquema de distribuição de tensão ao longo de um arco TIG
	23
	Figura 11 - 
	Exemplo de manipulador utilizado em procedimentos de soldagem orbitral
	25
	Figura 12 - 
	Exemplo de sistema orbital TIG
	26
	Figura 13 - 
	Máquina de solda TIG orbital AMI 227
	27
	Figura 14 - 
	Cabeçote orbital de câmara fechada 
	28
	Figura 15 - 
	Cabeçote orbital de câmara aberta
	29
	Figura 16 - 
	Cabeçote TIG orbital AMI 15 
	30
	Figura 17 - 
	Cabeçote orbital AMI 81
	31
	
	
	
	
	
	
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
	MIG 
	Gás Inerte Metálico
	TIG
	Soldagem a gás tungstênio
	GTAW
	Soldagem a arco de tungstênio com proteção de gás
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	10
1.1 JUSTIFICATIVA	10
1.2 OBJETIVO	10
1.2.1. Objetivo Geral	10
1.2.2. Objetivos Específicos	10
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO	11
2 METODOLOGIA	12
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	13
3.1 SOLDA	13
3.1.1. Fontes de Energia	14
3.2 TIPOS DE SOLDAS	14
3.2.1. Soldagem por arco	15
3.2.2. Soldagem MIG	16
3.2.3. Soldagem de gás	16
3.2.4. Soldagem a laser	17
3.2.5. Soldagem TIG	19
4 DESENVOLVIMENTO	20
4.1 PROCESSO DE SOLDAGEM TIG	20
4.1.1. Características do Processo	20
4.2 SOLDA ORBITAL	24
4.3 PROCESSO DE SOLDA ORBITAL	25
4.3.1. Equipamentos	26
4.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA SOLDA ORBITAL	30
4.5 APLICAÇÕES DA SOLDA ORBITAL	31
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS	34
REFERÊNCIAS	35
1 INTRODUÇÃO
O presente capítulo tem como objetivo apresentar ao leitor os principais motivos que levaram a construção deste trabalho, bem como os objetivos traçados para a execução do mesmo. Encontra-se subdividido em: Justificativa, Objetivos e Organização do Texto. 
1.1 JUSTIFICATIVA
A solda orbital, também conhecida como solda circular surge como um grande avanço para a tecnologia da soldagem, porém não se trata de uma solda que faz parte do meu dia a dia, apesar de estar neste ramo há 15 anos, fazendo com que tivesse interesse em pesquisar e estudar mais este assunto. 
1.2 OBJETIVO
1.2.1. Objetivo Geral
O objetivo geral do presente trabalho consiste em estudar e aprimorar conhecimentos acerca da solda orbital. 
1.2.2. Objetivos Específicos
Para alcançar o objetivo geral do trabalho alguns objetivos específicos foram traçados, são eles:
· Estudo sobre tipos de soldas; 
· Solda orbital; 
· Benefícios da solda orbital; 
· Equipamentos da solda orbital.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO
Este trabalho encontra-se dividido em 5 capítulos. O primeiro deles é a Introdução, o qual este tópico está inserido. O capítulo 2 apresenta a metodologia empregada para a construção deste trabalho. O capítulo 3 apresenta a fundamentação teórica acerca da solda e dos diferentes tipos de solda existentes. O capítulo 4 apresenta o desenvolvimento do trabalho propriamente dito, onde serão abordados os aspectos relacionados a solda orbital. Por fim, o capítulo 5 apresenta as considerações finais obtidas após a elaboração deste trabalho. 
2 METODOLOGIA
O presente trabalho consiste em um estudo de revisão acerca de um tema de pouco conhecido do autor apesar do mesmo trabalhar há mais de 15 anos no ramo de soldagem. Sendo assim, a ideia consiste em apresentar um trabalho que apresente um estudo aprofundado sobre um tipo de soldagem que está ganhando cada vez mais espaço no âmbito industrial, que é o processo de soldagem orbital. 
Considerando o objetivo apresentado, a metodologia adotada para a elaboração deste trabalho é bem simples: o tema principal será pesquisado em diversos meios de pesquisa, a fim de reunir um número considerado de materiais que falam sobre o assunto, para que após uma leitura sobre o assunto o trabalho possa ser construído. 
Dessa forma, a ideia consiste inicialmente em realizar uma ampla pesquisa acercado tema, em seguida os materiais encontrados serão filtrados, a fim de encontrar os que melhor abordam o tema. Separados os materiais, o próximo passo consiste na leitura destes materiais para iniciar o processo de revisão e estudo acerca dos mesmos, elencando nestes trabalhos os principais pontos retirados de maneira individual destes materiais. 
Por fim, espera-se que não este trabalho sirva não só para mim, mas para outras pessoas que desejam estudar este tema e não encontram materiais completos, apenas materiais com vários recortes de partes importantes do processo de soldagem orbital. 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este capítulo tem como objetivo apresentar todo o embasamento teórico necessário para a construção deste trabalho. Nele serão apresentados conceitos relacionados a solda, ao processo de soldagem e aos diferentes tipos de solda existentes atualmente. 
3.1 SOLDA
Entende-se por solda como sendo a principal responsável por unir dois pedaços de metais, tais como fios elétricos, pelo processo de fusão, juntamente com outro metal para formar um forte vínculo (MECÂNICA INDUSTRIAL, 2020b). Ou seja, pode-se resumir a soldagem como sendo um processo de fabricação que une 2 materiais diferentes, geralmente metais. 
A soldagem pode ser encontrada nos mais diversos âmbitos, a Figura 1 apresenta um exemplo deste processo no âmbito industrial, enquanto que a Figura 2 apresenta um exemplo do processo de soldagem de componentes eletrônicos. 
Figura 1 – Exemplo de um processo de soldagem no meio industrial
Fonte: Marketing (2018)
Figura 2 – Exemplo de um processo de soldagem de componentes eletrônicos
Fonte: Mecânica Industrial (2020b)
O processo de soldagem tem o objetivo de unir metais por derretimento das peças e, para isso, utiliza um enchimento para formar uma junta. Isso pode ser realizado usando diferentes fontes de energia. 
3.1.1. Fontes de Energia
As diferentes fontes de energia utilizadas no processo de soldagem podem ser: chama de gás, arco elétrico, feixe de elétrons, processo de fricção por ultrassom, dentre outras (MARKETING, 2018). Porém, o arco elétrico é a principal fonte de energia utilizada para realizar a união de duas peças de metal. 
	Destaca-se o fato de até os primórdios do século 20, o processo de soldagem ser conhecido como soldagem forjada. Neste caso, as peças a serem consertadas eram aquecidas e depois marteladas até que elas se unissem (SÃO FRANCISCO, 2020). Porém, com o advento da eletricidade, o processo passou por adaptações e avanços, tornando-se muito mais fácil e rápido. 
	
3.2 TIPOS DE SOLDAS
Segundo César (2018), a definição do tipo de solda a ser utilizado depende das necessidades do produto, por isso é importante conhecer diferentes métodos e saber avaliar qual melhor atende as necessidades do produto em questão. Dessa forma, pode-se obter um melhor resultado, além de agregar valor ao trabalho realizado. 
Os principais tipos de soldagem utilizados na indústria são: soldagem por arco, soldagem MIG, soldagem de gás, soldagem a laser e soldagem por TIG. A seguir cada um dos tipos será abordado de forma resumida. 
3.2.1. Soldagem por arco
Conhecida também como soldagem em vara ou arco, consiste em um dos mais antigos tipos de solda, ainda bastante utilizada, pois apresenta um processo mais básico dentre todos os tipos de soldagem (SÃO FRANCISCO, 2020). A Figura 3 apresenta um exemplo de processo de soldagem por arco. 
Trata-se de um processo manual, feito com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho. Apresenta resultados satisfatórios em trabalhos com aço, para peças mais robustas que não exigem um acabamento muito refinado. 
Figura 3 – Exemplo de um processo de soldagem tipo por arco 
Fonte: São Francisco (2020)
3.2.2. Soldagem MIG
A solda MIG (Metal Inert Gas ou Gás Inerte Metálico) consiste em um processo de soldagem semiautomático. Este processo utiliza um arco elétrico entre a peça e o consumível em forma de arame (eletro não revestido), fornecido por um alimentador contínuo, realizando uma união de materiais metálicos pelo aquecimento e fusão (EUROSTEC, 2018). A Figura 4 apresenta um exemplo de soldagem MIG. 
Figura 4 – Exemplo de um processo de soldagem tipo MIG
Fonte: São Francisco (2020)
Este tipo de processo é mais utilizado em fábricas, oficinas de fabricação e manutenção automotiva. Apresenta melhor qualidade e menor distorção de peças, em comparação a soldagem por arco. É utilizada geralmente em aço e alumínio. 
3.2.3. Soldagem de gás
Este tipo de soldagem consiste em misturar oxigênio e gás acetileno para obter uma chama capaz de derreter aços. Empregado principalmente para trabalhos de manutenção e corte de gás-metal; em soldagem de metais mais macios (cobre e bronze); além de também ser utilizada para soldar peças delicadas de alumínio como tubos de refrigeração (SÃO FRANCISCO, 2020). A Figura 5 apresenta um exemplo de soldagem a gás. 
Figura 5 – Exemplo de um processo de soldagem tipo a gás
Fonte: São Francisco (2020)
3.2.4. Soldagem a laser
A soldagem a laser ocorre pela fusão, isto é, os materiais envolvidos são fundidos e ligados. O feixe de laser que faz a solda tem alta capacidade de se propagar no ar sem sofrer perdas ou alterações nas características físicas. Além disso, trata-se de um processo autógeno, dispensando a adição de material, portanto está livre de eventuais contaminações. A Figura 6 apresenta um exemplo de soldagem a laser. 
Figura 6 – Exemplo de um processo de soldagem tipo laser
Fonte: Trumpf (2020)
Devido à qualidade da radiação do laser, utilizar este processo de soldagem permite alcançar características impossíveis de serem obtidas por outros métodos, como alta velocidade de soldagem, ausência de contato entre fonte de calor e peça a soldar, baixa entrega térmica, pouca distorção e pequenas zonas afetadas pelo calor. Por ser um processo que não exige contato, há muitos trabalhos que só conseguem obter resultado satisfatório utilizando este método.
Segundo Eurostec (2018), entre as vantagens que o processo de soldagem a laser garante, está a possibilidade de automatização do processo e um resultado final com qualidade mais refinada, tornando-o ideal para indústrias que querem aumentar o valor agregado dos seus produtos. Há também de se ressaltar a facilidade de soldar em lugares de difícil acesso e peças muito finas.
A penetração do feixe também é facilmente controlada pelo ajuste dos principais parâmetros, como potência, frequência e tempo. Assim, é possível executar uma solda interna ou externa, sem distorções ou descoloração alterações na peça a ser trabalhada (EUROSTEC, 2018).
3.2.5. Soldagem TIG
A soldagem TIG (Gas Tungsten Welding ou Soldagem a Gás Tungstênio) é conhecida pela qualidade da solda que produz. Trata-se do processo mais difícil de se operar, que requer muita habilidade. A Figura 7 apresenta um exemplo de soldagem do tipo TIG. 
Figura 7 – Exemplo de um processo de soldagem tipo TIG
Fonte: São Francisco (2020)
Segundo Eurostec (2018), a principal vantagem deste tipo de soldagem é que ele consegue soldar qualquer metal conhecido. Este processo é utilizado em locais que necessitam de soldas de qualidade extremamente alta ou em metais exóticos, como o titânio por exemplo. 
A solda orbital trata-se de um processo de soldagem TIG e será abordada com maior ênfase no capítulo a seguir. 
4 DESENVOLVIMENTO
Este capítulo tem como objetivo apresentar todas as informações relevantes acerca do desenvolvimento deste trabalho. 
4.1 PROCESSO DE SOLDAGEM TIG
Segundo Metal-Shaper (2020) e Gerken (1995), o processo de soldagem TIG surgiu em meados de 1930, sendo Hobart e Devers os primeiros pesquisadores a investigarem a utilização de um eletrodo constituído de tungstênio para estabelecer um arco elétrico entre o mesmo e um metal de base. As experiências por eles realizadas ocorreram dentro de uma câmara fechada preenchida com gás inerte. Os gases de proteção empregados foram o argônio e o hélio.Contudo, devido ao elevado custo do gás inerte, o processo não foi utilizado comercialmente na época. 
Foi somente com a segunda guerra mundial que o processo TIG passou a ganhar destaque, uma vez que se tinha à necessidade da indústria aeronáutica em soldar alumínio e magnésio. Embora o primeiro gás utilizado tenha sido o hélio, o argônio logo em seguida se transformou no gás de proteção mais utilizado, devido a sua característica de boa estabilidade do arco voltaico e menor custo (METAL-SHAPER, 2020; GERKEN, 1995). Desde então, o processo TIG tem evoluído bastante, principalmente em decorrência dos avanços tecnológicos na área de eletrônica que tem propiciado um controle cada vez mais apurado da corrente de soldagem. 
4.1.1. Características do Processo
No processo de soldagem TIG, apresentado pela Figura 8, o arco é estabelecido entre um eletrodo não consumível, constituído basicamente de tungstênio, e a peça a ser soldada.
O arco, tanto pode ser em corrente contínua ou corrente alternada. Usualmente, na corrente contínua, o eletrodo de tungstênio é conectado ao terminal negativo da fonte de soldagem, enquanto a peça a ser soldada ao terminal positivo, resultando num menor aporte de calor no eletrodo e maior estabilidade do arco. Nesta polaridade tem-se a emissão de elétrons a partir do eletrodo de tungstênio, no qual são acelerados enquanto viajam através do arco. Uma significativa quantidade de energia, chamada de função trabalho, é necessária para que o elétron possa ser emitido pelo metal, sendo que, quando o elétron colide com a peça de trabalho, essa energia, correspondente à função trabalho termiônico, é liberada, promovendo a fusão do metal de base. Contudo, está polaridade apresenta a desvantagem de não propiciar a ação de limpeza na superfície do metal de base (KOU, 2003). 
Figura 8 – Esquema do processo de soldagem TIG
Fonte: Cunha (2008)
A configuração com polaridade positiva no eletrodo, consequentemente negativa na peça de trabalho, não é tradicionalmente utilizada em virtude de o eletrodo de tungstênio apresentar-se fortemente agredido pelo calor do arco. Isto é resultante do fato de que, neste caso, o eletrodo de tungstênio permanece sujeito aos efeitos de aquecimento promovido pelo choque dos elétrons ao invés da peça de trabalho. Entretanto, nesta polaridade têm-se o efeito de limpeza da peça de trabalho (limpeza catódica). Este efeito de limpeza é explicado por maneiras distintas. Segundo Kou (2003), pode-se atribuir ao efeito do bombardeamento dos íons devido à massa que os mesmos possuem. Porém, a explicação mais aceita faz referência à chamada emissão de cátodo frio. Nesta, a emissão de elétrons ocorre a partir de diminutos pontos de emissão, resultantes da formação de campos elétricos extremamente intensos na camada de óxidos. Tal mecanismo impõe elevadas densidades de corrente nestes pontos de emissão, removendo assim, a camada de óxido deste local e, consequentemente, promovendo a limpeza catódica (LANCASTER, 1984). 
Na polaridade negativa, o arco voltaico na soldagem TIG é extremamente estável, tendo grande versatilidade de aplicação produzindo soldas de excelente aparência e acabamento. A possibilidade de utilização de correntes baixas, conforme pode ser visualizado na Figura 9 que retrata algumas características estáticas do arco elétrico em levantamento realizado durante a realização deste trabalho, viabiliza a soldagem de chapas bastante finas (inferior a 1 mm) e peças pequenas. 
Figura 9 – Característica estática do arco elétrico do processo de soldagem TIG
Fonte: Cunha (2008)
Estas relações tensão versus corrente para o arco TIG apresentam um comportamento peculiar: é encontrado um valor mínimo de tensão para uma determinada corrente. Para valores à direita desta corrente, o comportamento das curvas é semelhante a um resistor ôhmico. Já para menores valores de corrente, a literatura aponta que este comportamento é próprio do arco elétrico e reflete o fato de que, neste, a condução da corrente elétrica é feita por íons e elétrons gerados por ionização térmica. Sendo assim, quando a corrente é baixa, existe pouca energia disponível para o aquecimento e ionização do meio em que o arco ocorre, resultando em uma maior dificuldade para a passagem da corrente e, como consequência, em um aumento da tensão elétrica do arco (MARQUES et al., 2005).
A queda de tensão ao longo do arco não é uniforme. Ela pode ser dividida, de forma simplificada, em três regiões distintas, conforme mostra a Figura 10.
Figura 10 – Esquema de distribuição de tensão ao longo de um arco TIG
Fonte: Cunha (2008)
As regiões de queda anódica e catódica correspondem a diminutas regiões junto aos eletrodos. A soma das quedas de tensão nestas regiões é praticamente constante e independe das condições no qual o arco elétrico é estabelecido. A determinação experimental das tensões de ânodo e cátodo é uma tarefa extremamente complicada de ser realizada, dado o tamanho reduzido aliado às condições desfavoráveis que o arco elétrico oferece. Entretanto, o somatório dessas tensões pode ser obtido, de forma aproximada, com a extrapolação do comprimento do arco a zero no gráfico que relaciona a tensão e o comprimento do arco. Segundo Modenesi (2002) apresenta, este valor de tensão é cerca de 7 V.
A variação da tensão na coluna de plasma ocorre de forma aproximadamente linear com o comprimento do arco, sendo a constante de proporcionalidade correspondente ao campo elétrico presente na coluna de plasma. Este campo elétrico é dependente de vários fatores, em particular da composição do gás de proteção.
4.2 SOLDA ORBITAL
Os avanços tecnológicos geralmente encontram-se atrelados ao desenvolvimento de novos métodos e/ou procedimentos capazes de suprir determinada demanda existente, que se constitui numa barreira momentânea. Diversos são os exemplos que mostram que as barreiras tecnológicas só foram suplantadas após ser desenvolvida uma nova metodologia ou procedimentos para atender tal demanda (CUNHA, 2008). 
Dentre estes exemplos, encontra-se a industrial aeroespacial, que com o desenvolvimento de aeronaves cada vez mais velozes e potentes passou a sentir a necessidade de fabricar componentes de alta integridade. Dento deste contexto, ao verificar que as tubulações das aeronaves apresentavam falhas durante os voos, foi que surgiu a solda orbital. 
A solda orbital foi desenvolvida na década de 1960 com o objetivo inicial de atender a indústria aeroespacial, uma vez que as técnicas utilizadas até aquele momento não estavam conseguindo suprir as necessidades deste setor, uma vez que apresentavam defeitos quando submetidas às altas vibrações e tensões, típicas de uma aeronave. Dessa forma, a soldagem orbital surge com o intuito de ser utilizada em quando são necessárias técnicas de união de materiais mais fortes e confiáveis para uso nas linhas hidráulicas de aeronaves e aviões supersônicos (AVENTA, 2019; ALUMAQ, 2018).
Todavia, este sistema passou a ser empregado de fato no meio industrial somente em meados dos anos 80, com o advento de sistemas de soldagem dedicados (MANNION; HEINZMANN, 199a). 
Dessa forma, pode-se definir como solda orbital todo e qualquer processo de solda automatizada em volta de um tubo. Como o próprio nome sugere, trata-se de uma solda que segue uma órbita, em um giro de 360 graus em volta da peça (ALUMAQ, 2018). 
Segundo Alumaq (2018), a utilização desta técnica de soldagem garante:
· Alto potencial de precisão; 
· Economia de tempo; 
· Economia de investimento financeiro; 
· Padrão no acabamento interno e externo; 
· Garantia de satisfação para o cliente final. 
4.3 PROCESSO DE SOLDA ORBITAL
O processo de solda orbital baseia-se em um sistema composto por uma fonte de energia, responsável por registrar e controlar as etapas da solda, tais como: medidas e parâmetros de ajuste, corrente de soldagem, características de pulsação, velocidade da solda e fluxo de gases de acordo com o objetivo esperado no processo, e um cabeçote que executará a solda de fato (ALUMAQ, 2018). 
Segundo Newpack(2020), a solda orbital consiste em uma fonte de energia, um sistema de resfriamento, controlado por software, cilindros de gás inerte, e utiliza o processo por arco elétrico, proteção de gás e eletrodo de tungstênio não consumível (GTAW), que se trata da fonte do arco elétrico que funde o material base e forma a solda. 
A solda orbital utiliza o processo de soldagem por arco de gás de tungstênio (GTAW), no qual o eletrodo de tungstênio não é consumido. Um gás inerte, tipicamente, argônio, é usado para proteger eletrodo, o arco e o metal fundido. O processo inicial da solda conta com a criação de um arco e mantem o mesmo entre o eletrodo e a peça de trabalho. O eletrodo, por sua vez, movimenta-se ao redor da junta para completar a solda enquanto a tubulação permanece parada (AVENTA, 2019). 
Paes (2016) destaca que a união de tubos em campo na posição 5G (eixo horizontal) acaba por exigir um processo de soldagem capaz de garantir os requisitos de qualidade nas posições plana (PP), vertical (PV) e sobre cabeça (SC). Sendo assim, como torna-se impossível rotacionar a peça, o procedimento necessita ser realizado ao longo do perímetro, deslocando-se o arco de maneira a orbitar a peça, com o auxílio de um manipulador, como mostra o exemplo da Figura 11. 
Figura 11 – Exemplo de manipulador utilizado em procedimentos de soldagem orbitral
Fonte: Paes (2016)
Segundo Aventa (2019), o processo GTAW, comumente conhecido como TIG (Tungstêcnio Gás Inerte), pode ser realizado como uma fusão ou solda autógena, na qual as extremidades da tubulação são derretidas e fundidas juntas sem a adição de metal de enchimento, ou com enchimento na forma de arame que é adicionado à junta. 
A Figura 12 apresenta um exemplo de sistema orbital TIG destinado à automatização da soldagem de tubos. Consiste em um sistema automático para soldagem orbital autógena de tubos de aço inox, ou seja, sem material de adição. 
Figura 12 – Exemplo de sistema orbital TIG
Fonte: Newpack (2020)
A espessura da parede é considerada um limitante quando se trata da solda por fusão orbital, uma vez que a espessura deve ser de 0,154” (40mm) ou menos. Por outro lado, a soldagem orbital usando metal de enchimento pode ser realizada com sucesso em espessuras superiores, chegando até a 6” (15,2cm). 
4.3.1. Equipamentos
O sistema de solda orbital baseia-se em três componentes: uma unidade de controle, a fonte de energia e o cabeçote de solda orbital (HENON, 2008). 
Sistemas modernos de soldagem orbital possuem o seu controle baseado em sistemas computadorizados que permitem o armazenamento das variáveis de soldagem em sua memória (PURNELL, 2002). Nestes, a unidade de controle encontra-se embutida na fonte de soldagem, constituindo-se num único bloco do sistema (MANNION; HEIZMANN, 1999b). A unidade de controle é responsável por controlar todas as variáveis do processo, como corrente e velocidade de soldagem, e alterá-las de acordo com a posição do eletrodo em relação ao tubo. 
A fonte de energia tem a finalidade de registrar e controlar todo o sistema de soldagem. Podendo ser utilizada para controlar os parâmetros de soldagem, a corrente de soldagem a arco, a potência necessária para dirigir o motor dentro do cabeçote de solda orbital e o fluxo de fases de acordo com o requisito. A maioria das fontes de alimentação atuais são precisas e usam microprocessadores para controlar os parâmetros de solda. 
A Figura 13 apresenta uma fonte GTAW (TIG) pré-programada/programável de 100/225A projetada para aplicações de soldagem orbital automática. Esta máquina é capaz de reduzir a fadiga do operador, além de garantir que a tocha de mantenha na posição ideal durante todo o processo, diminuindo a probabilidade de descontinuidades e defeitos de soldagem. O AMI 227 garante qualidade e velocidade para tubulações e conexões de pequeno e grande diâmetro, o que o torna uma excelente escolha para diversos tipos de utilização, sendo muito aplicado nos setores petroquímico, farmacêutico e de óleo e gás. 
Figura 13 – Máquina de solda TIG Orbital AMI 227
Fonte: ALUMAQ (2018)
Na soldagem orbital, os tubos a serem soldados, assim como o próprio cabeçote de soldagem, permanecem estacionários, enquanto o eletrodo de tungstênio é rotacionado em torno da junta a ser soldada. Este deslocamento angular do eletrodo é realizado por um mecanismo cinemático montado no interior no cabeçote orbital. Este se constitui no principal componente do sistema (CUNHA, 2008). 
Basicamente existem três tipos de cabeçotes orbitais: câmara fechada, câmara aberta e de superfície (PURNELL, 2002), sendo este último menos empregado na indústria por sofrer concorrência direta no processo conhecido como “remanche”, o qual é um processo de conformação mecânica. O cabeçote, por sua vez, pode ser encontrado de vários modelos e tamanhos. Sendo o cabeço fechado o mais comum no meio industrial e o aberto mais utilizando quando se faz necessário a adição de material e/ou para tubos de alta dimensão. 
Dentre os cabeçotes orbitais comerciais, o mais comum é o do tipo câmara fechada. Este tipo de cabeçote possui um sistema de fixação e alinhamento dos tubos, que quando fechado cria um ambiente que enclausura toda a região a ser soldada. Este ambiente, onde ocorre a soldagem, é totalmente preenchido com gás inerte de modo a proteger a poça de fusão e o eletrodo. Este tipo de cabeçote orbital é utilizado em tubos com diâmetro externo de 2 a 170 mm e espessura de parede de até 4 mm (PURNELL, 2004). A Figura 14 apresenta um cabeçote orbital de câmara fechada. 
Figura 14 – Cabeçote orbital de câmara fechada
Fonte: LABSOLDA (2008)
Por outro lado, os cabeçotes de câmara aberta são indicados para espessuras da parede do tuto superiores a 3,5 mm, quando se faz necessária a adição de material. Além disso, neste tipo de cabeçote à distância entre o eletrodo e a peça pode ser controlado por um AVC (arc voltage control), permitindo assim a consistência do cordão de solda em tubos que apresentam excentricidade. A Figura 15 apresenta um cabeçote orbital de câmara aberta.
Figura 15 – Cabeçote orbital de câmara aberta
Fonte: ORBIMATIC (2008)
As Figuras 16 e 17 apresentam dois tipos de cabeçotes desenvolvidos pela Aventa. O primeiro deles foi desenvolvido para soldas de precisão, sendo um equipamento robusto, utilizado para soldagem TIG de todos os tamanhos de tubulação entre 76 mm até um tamanho ilimitado, incluindo chapas planas. O segundo, por sua vez, trata-se de um cabeçote para tubulações com função completa, que possui controle de voltagem do arco, oscilador de tocha e alimentador de arame integrado, tudo isto em um equipamento extremamente compacto. 
Figura 16 – Cabeçote TIG Orbital AMI 15
Fonte: ALUMAQ (2018)
Figura 17 – Cabeçote Orbital AMI 81
Fonte: ALUMAQ (2018)
4.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA SOLDA ORBITAL
	Segundo Alumaq (2018), as vantagens do processo de solda orbital podem ser resumidas em três, são elas:
· A qualidade da solda, seja interna ou externamente; 
· A repetibilidade da solda, ou seja, com um padrão de acabamento mais homogêneo, em todas as juntas, em todos os turnos de trabalhos e todos os dias; 
· A produtividade alcançada, devido à rapidez da solda em si e do set-up.
A solda orbital pode também otimizar a produção na questão das inspeções, uma vez que reduz a frequência de revisões nas peças soldadas, normalmente solicitado a 100% no processo de solda manual, reduzindo custos finais e impactando no tempo de entrega do trabalho, além de reduzir a quantidade de vezes que a linha tem que ser purgada novamente após cada inspeção, para se fazer as demais soldas, reduzindo o uso de gás em si, gerando mais economia. 
Por outro lado, a Newpack (2020) destaca que a solda orbital possui uma série de características vantajosas que a distinguem das demais, tornando-a uma solda com um elevado nível de popularidade. Os principais benefícios obtidos com a utilização desta solda são:
· Excelente qualidade dos cabos de solda; 
· Processo muito mais seguro; 
· Com a automação é muito mais rentável; 
· Baixa contaminaçãoao meio ambiente; 
· O método tem um baixo nível de complexidade; 
· A conexão será possível em qualquer posição espacial; 
· É possível interconectar todos os tipos de aço, incluindo aqueles que se distinguem por limitações tântalo, zircônio, titânio. Especialistas experientes até lidam com bronze ou latão; 
· Todos os parâmetros, incluindo a tensão do arco, podem ser controlados automaticamente; 
· Durante a conexão, nenhum componente ou fumaça prejudicial é formada; 
· Todos os parâmetros durante a conexão podem ser controlados usando uma ampla gama de configurações; 
· A soldagem ocorre com ou sem arame de enchimento. 
Dessa forma, as vantagens da solda orbital podem ser resumidas em 6 tópicos: Alta qualidade, maior produtividade, redução de erros, elevada praticidade, redução de custos e maior segurança. 
Apesar de possuir muito mais vantagens do que desvantagens, a solda orbital, como qualquer outro método de trabalho, também possui suas desvantagens (CESÁR, 2018). 
A primeira a ser citada consiste no fato de só pode ser realizada em um ambiente controlado (coberto) e caso sofra influência de uma corrente de ar, por exemplo, a proteção do gás inerte é comprometida. 
Além disso, trata-se de um processo refinado que exige uma certa qualificação do soldador, bem como destreza para o trabalho, tornando o processo um pouco mais lento do que outros tipos de solda. 
Por fim, destaca-se o fato deste tipo de solda não ser aconselhado para chapas de grandes espessuras e de produzir grande quantidade de fumos. 
4.5 APLICAÇÕES DA SOLDA ORBITAL
A solda orbital passou a ganhar espaço com o passar do tempo, encontrando nichos em diversas indústrias, uma vez que era capaz de garantir uma melhoria da produtividade. Além disso, destaca diversos setores e os motivos que levaram a utilização deste tipo de soldagem, como pode ser visto a seguir: 
· A indústria aeroespacial, como dito anteriormente, foi a pioneira a utilizar as vantagens da soldagem orbital automatizada. Os sistemas de alta pressão de uma aeronave podem ser facilmente criados automaticamente com equipamentos orbitais. 
· A instalação e reparos em tubos de caldeiras são exemplos de uso perfeito para soldagem por máquinas de solda orbital. O setor de tubo de caldeiras passou a utilizar este o processo de soldagem orbital pois os cabeçotes utilizados no processo são compactos e podem ser fixados entre fileiras de tubos de troca de calor. 
· As indústrias alimentícias, de laticínios e bebidas fazem uso deste processo de soldagem pois exigem soldas de penetração total consistentes em todas as juntas de solda. Além disso, faz-se necessário que as soldas de tubos e tubulações nestes setores sejam o mais suave possível a fim de garantir máxima eficiência do sistema de tubulação, uma vez que qualquer posso, fissura ou junção de solda incompleta pode prender fluido que flui dentro da tubulação, tornando-se um porto para as bactérias. 
· Linhas hidráulicas, sistemas de distribuição de líquidos e gases, sistemas médicos tratam-se de áreas que requerem tubulação com conexões e, a solda do tipo orbital, é capaz de fornecer uma solda de qualidade e capaz de garantir alta produtividade. 
· A indústria farmacêutica necessita garantir que a fonte de água dos tubos esteja livre da contaminação de bactérias, ferrugem ou outro contaminante e a solda orbital é capaz de garantir soldas com penetração total sem superaquecimento que possa prejudicar a resistência à corrosão da zona de solda final, garantindo assim um fornecimento de água de alta qualidade aos processos das indústrias farmacêuticas. 
· A indústria nuclear faz uso da solda orbital pois possui um ambiente operacional severo e com especificações associadas para soldas de alta qualidade, além de necessitar de uma solda que agilize o processo produtivo. 
· As indústrias de semicondutores fazem uso da soldagem orbital, pois, requerem uma atenção especial no que tange ao acabamento de superfície interna a fim de evitar o acúmulo de contaminantes na parede da tubulação ou nas juntas soldadas, uma vez que tal acúmulo de partículas, umidade ou contaminante poderia liberar e arruinar o processo em lote.
· As linhas hidráulicas submarinas quando submetidas a um ciclo de solda típico podem apresentar problemas oriundos das mudanças térmicas ocasionadas pelo processo de solda, uma vez que os materiais utilizados por estas linhas possuem propriedades que podem ser alteradas com mudanças de temperatura. Dessa forma, a utilização da solda orbital é mais indicada, uma vez que oferecem resistência superior à corrosão e propriedades mecânicas. 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Considerando que o objetivo inicial do presente consistia em estudar e aprimorar conhecimentos acerca da solda orbital. Além de estudar de forma geral diversos conceitos relacionados a solda, este trabalho apresentou um estudo mais aprofundado em um dos tipos de solda, a fim de aprofundar o conhecimento relacionado a ela, uma vez que se tinha apenas um conhecimento superficial sobre o assunto. 
Portanto, pode-se concluir ao término deste trabalho que o objetivo proposto inicialmente foi atingido e com êxito, visto que se conseguiu explorar assuntos que se tinha pouco ou sequer nenhum conhecimento sobre. Dessa forma, conclui-se que a proposta de desenvolver um trabalho de conclusão de curso foi cumprida de maneira satisfatória para conclusão do curso de técnico em soldagem. 
 
REFERÊNCIAS 
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