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Trabalho Prático N
o
Técnica Operatória da Soldagem GMAW
1. Objetivos:
- Familiarizar-se com o arranjo e a operação do equipamento utilizado na soldagem semi-automática GMAW.
- Familiarizar-se com os consumíveis utilizados e os parâmetros importantes.
- Familiarizar-se com a técnica operatória. 2. Revisão:
A soldagem GMAW ou MIG/MAG realiza a união de materiais metálicos pelo seu aquecimento e fusão localizados através de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico não revestido e maciço na forma de fio a peça (figura 1).
Poça de Fusão
Solda
Metal de
Base
Tocha
Gás de
Proteção Eletrodo
Figura 1 – Região do arco na soldagem GMAW.
A proteção do arco e da região da poça é feita por um gás, ou mistura de gases, inerte ou capaz de reagir com o material sendo soldado. Os gases mais usados são o argônio e o CO 2 e, menos comumente, o hélio. Misturas de Ar-He, Ar-CO 2 , Ar-O 2 , Ar-CO 2 -O 2 e outras, em diferentes proporções, são usadas comercialmente. Gases ou misturas de proteção completamente inertes tem, em geral, uso restrito para metais e ligas não ferrosas. Aços, particularmente aço carbono e de baixa liga são soldados com misturas contendo proporções diversas de O 2 e de CO 2.
O processo é utilizado principalmente no modo semi-automático, embora, mais recentemente, o seu uso no modo automático, através de robôs industriais tenha crescido muito. O seu equipamento básico inclui fonte de energia, cabos, tocha de soldagem, alimentador de arame e seu sistema de controle, bobina de arame (eletrodo), fonte de gás de proteção com regulador de vazão, ferramentas e material de segurança (figura 2).
G
á s Fonte de Energia
Tocha
Arame
Alimentador de Arame
Peça Cabos
Figura 2 – Equipamento para a soldagem GMAW
A fonte de energia mais usada é do tipo tensão constante regulável (figura 3) com alimentação de arame a velocidade constante. Este tipo de sistema permite o controle automático do controle do arco diretamente através de variações da corrente de soldagem. Sistemas alternativos, com fontes com saída de corrente constante, necessitam de sistemas especiais para controlar o comprimento do arco.
Tensão regulável entre
cerca de 15 a 50V
V
I
Figura 3 - Curva de saída tensão (V) x corrente (I) típica de uma fonte para soldagem GMAW.
A tocha para soldagem GMAW possui um contato elétrico deslizante (bico de contato) para transmitir a corrente ao arame, orifícios para a passagem de gás de proteção e bocal para dirigir o fluxo de gás à região do arco e da poça de fusão (figura 4). Para a soldagem semi-automática, ela ainda possui um interruptor para o acionamento da corrente de soldagem, da alimentação de arame e do fluxo de gás de proteção.
O sistema de alimentação é composto de um motor, um sistema de controle de sua velocidade e um conjunto de roletes responsável pela impulsão do arame.
Distância bico de contato-peça Comprimento do arco
Comprimento do eletrodo
Bico de contato
Figura 5
A seleção incorreta destes parâmetros resulta em soldas insatisfatórias devido a problemas metalúrgicos e/ou operacionais como, por exemplo, instabilidade do arco, respingos, falta de fusão ou de penetração, porosidade, etc. Em particular, neste processo, o modo de transferência de metal é muito importante pois determina várias de suas características operacionais (figura 6).
Figura 6 – Modos de transferência na soldagem GMAW
A composição do arame depende do tipo de metal de base, das propriedades desejadas para a solda e, em menor grau, do tipo de gás de proteção. O tipo de arame é, em geral, indicado com base em classificações dadas por normas de especificação como, por exemplo, as da American Welding Society (AWS). O diâmetro do arame é escolhido principalmente em função da espessura do metal de base, da posição de soldagem e de outros fatores que limitem o tamanho da poça de fusão ou o aporte de calor na solda. Para cada diâmetro e composição de arame, existe uma faixa de corrente adequada à sua utilização, isto é, para a qual a estabilidade do processo e as condições de formação do cordão de solda são satisfatórias (tabela 1).
Tabela 1 – Faixa de corrente (A) de soldagem para arames de aço carbono.
Diâmetro do arame (mm) Gás de Referência 0,8 0,9 1,0 1,2 1,6 2,0 Proteção (1) 50-130 -- 70-180 100-240 150-400 200-550 CO 2 (2) 40-220 100-260 -- 140-310 280-450 -- --
A corrente de soldagem controla fortemente a velocidade de fusão do arame (figura 7). Além disso, a penetração, o reforço e a largura do cordão tendem a aumentar com a corrente quando as demais variáveis são mantidas constantes.
100 200 300 400
0
4
8
12
16
20
Aço Inoxidável
Alumínio 4043
Aço Carbono 1,2 m m
Corrente (A)
Velocidade de Fusão (m/min)
Figura 7 – Relação entre a corrente e a velocidade de fusão do arame (diâmetro: 1,2mm).
A corrente de soldagem também afeta o modo de transferência do metal de adição, particularmente na soldagem com argônio ou com misturas Ar-CO 2 (CO 2 < 25%) e Ar-O 2. De fato, neste caso, existe um valor de corrente acima do qual a transferência muda de globular para aerossol (corrente de transição). Este valor depende de fatores como:
- Composição química do arame: Por exemplo, a corrente de transição de arames de aço é maior do a de alumínio;
- Diâmetro do eletrodo: A corrente de transição aumenta com o diâmetro do eletrodo;
- Polaridade: Na soldagem de aço com Ar-O 2 , existe uma corrente de transição quendo o eletrodo é positivo (polaridade inversa), contudo, com eletrodo negativo (polaridade direta), a transferência aerossol não é observada.
- Composição do gás de proteção: A transferência aerossol é observada na soldagem com misturas de proteção ricas em argônio.
- Comprimento do eletrodo: Quando este aumenta, a corrente de transição tende a ser reduzida.
A tabela 2 mostra valores da corrente de transição para arames de aço e Ar-2%O 2.
Tabela 2 - Corrente de transição globular-aerossol para arames de aço e Ar-2%O 2.
Diâmetro do eletrodo (mm) 0,76 0,90 1,14 1, Corrente de transição (A) 150 160 220 275
A soldagem GMAW é feita quase que exclusivamente com corrente contínua e polaridade inversa. Nestas condições, o processo apresenta um arco mais estável e uma maior
O eletrodo conduz a corrente de soldagem entre o bico de contato e o arco, sendo aquecido por esta pelo efeito Joule (aquecimento resistivo). Como a resistência do eletrodo é proporcional ao seu comprimento, a intensidade do aquecimento do eletrodo será proporcional à este comprimento. Assim, um aumento deste (causado, por exemplo, por um maior afastamento da tocha em relação à peça), para uma velocidade constante de alimentação de arame, reduz a corrente necessária para fundir o arame. Como resultado, a quantidade de calor cedido à peça e a penetração do cordão são, também, reduzidos. Em soldagem semi-automática, trabalha-se com um comprimento de eletrodo entre cerca de 6 e 25mm.
O controle conhecido como “indutância” permite o ajuste das características dinâmicas da fonte, em particular, da velocidade de variação da corrente de soldagem como resultado de variações no comprimento do arco ou da ocorrência de um curto circuito entre o eletrodo e a peça. Este controle é particularmente importante quando se trabalha com transferência por curto circuito, controlando a variação da corrente quando o arame toca a peça e impedindo que esta aumente de forma explosiva (baixa indutância), o que aumentaria a instabilidade de processo, ou de forma muito lenta (indutância elevada), o que poderia levar à solidificação da poça de fusão e o agarramento nesta do eletrodo.
O tipo de gás de proteção afeta as características do arco, o modo de transferência de metal de adição, o formato do cordão depositado e, no caso de gases ativos, as suas características metalúrgicas. Para a seleção do gás de proteção deve-se considerar o tipo de metal a ser soldado, sua espessura, a posição de soldagem, exigências de qualidade, características do processo (por exemplo, uso de corrente pulsada) e custo. A tabela 4 mostra os principais gases e misturas de proteção e suas aplicações.
Tabela 4 – Aplicações recomendadas de alguns gases de proteção(4).
Gás de proteção
Características do processo
Diâmetro do eletrodo (mm)
Metais soldáveis Espessura (mm)
Posições de soldagem Glob. 1,0-4,0 Metais não 3-10 Plana Argônio Spray 0,8-1,6 ferrosos. 3-40 Todas, princ. plana CP 0,8-2,0 (Al, Mg, Cu, Ni,…) 1,5-40 Todas
CO Curto^ 0,5-1,4^ 0,5-5^ Todas 2, CO^2 -O^2 Glob. 1,6-4,0 Aço carbono^ 4-10 Plana 0,7-1,2 1-50 Todas Ar-(1-5)%O 2 Spray^ 1,6-4,0 5-50 Plana CP 0,7-2,
Aços carbono, baixa, média e alta liga, inoxidáveis. (^) 1-50 Todas Curto 0,5-1,4 0,8-50 Todas Ar-(20-25)%CO 2 Glob. 1,6-4,0 3-50 Plana Spray 0,8-4,6 2-50 Plana CP 0,8-1,
Aços carbono, baixa, média e alta liga, inoxidáveis. 1-50 Todas Obs: CP – Corrente pulsada.
A soldagem GMAW semi-automática pode ser realizada com a tocha apontando para a frente ou para trás em relação à direção de soldagem com uma inclinação de até 25o^ (figura 9). No primeiro caso, o cordão tende a ser mais largo e raso e, no segundo caso, a penetração é maior. Como na soldagem com eletrodos revestidos, o posicionamento da tocha em relação à junta e a sua correta manipulação são importantes. Este posicionamento e manipulação depende de vários fatores como o tipo do material de base, a espessura da junta, o tipo de chanfro usado, parâmetros e posição de soldagem. As figuras 9 a 12 mostram alguns exemplos.
20-25º 20-25º
Direção de Soldagem Figura 9 – Posicionamento do eletrodo na soldagem na posição plana
45º 25º 20- Direção de soldagem
Figura 10 – Posicionamento recomendado para a execução de uma solda de filete.
45º
(^1 )
30º
2
3 1
60º
Figura 11 – Sequência de deposição de passes em uma solda de filete.
Analise os parâmetros de soldagem correspondentes às diferentes formas de transferência e as características destas baseando-se nas discussões sobre o assunto ocorridas nas aulas teóricas e no material do curso.
Referências:
- GETMANETS, S.M., KORINETS, J.F. Gas-Shielded Welding (Instructions for Laboratory Work) Kiev (Ucrânia), Naukova Dumka, 1983.
- AWS COMMITTEE ON ARC WELDING AND ARC CUTTING, Recommended Practices for Gas Metal Arc Welding , AWS C5-6-79, American Welding Society,
- AWS, Welding Handbook , vol.2, ……….
- POTAPIEVSKY, A.G. Gas-Shielded Welding , Kiev (Ucrânia), Naukova., 1983.
