Universidade Federal de Minas Gerais. Escola de Engenharia.

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica.

Soldagem Fora da Gravidade.

(Aplicao da Soldagem PAW na Construo da Plataforma Espacial Internacional).

Mauricio de Paiva Oliveira.

Disciplina: Processo de Soldagem.

Professor: Alexandre Queiroz Bracarense, PhD.

Belo Horizonte Maio de 2000.

Soldagem Fora da Gravidade (Aplicao da Soldagem PAW na Estao Espacial Internacional)

1 - Introduo:

Na tecnologia espacial h uma necessidade crescente dos engenheiros con-ceber os materiais e definir tecnologia para um processo de soldagem fora da gra-vidade. Essa situao obriga-os a conhecer cada vez mais a estrutura e proprie-dades dos materiais, suas aplicaes e as condies de uso para estarem aptos para selecionar os mais adequados para utilizao em atmosfera inerte, como no espao csmico, onde a ao da gravidade bastante reduzida.

A concepo e escolha de material deve ser de tal maneira que possa supor-tar temperaturas de at 18000 C e alcanar velocidade de 12 a 25 MATCH*, no ca-so do hipersnico X-30 desenvolvido pelo IDT (INVESTIGAO E DESENVOLVIMENTO TECNOLGICO)1.

Sabe-se que os materiais utilizados neste hipersnico utilizam entre outros: ligas de Titnio TIMETAL 21S reforado com fibras de carboneto de silcio para determinados componentes estruturais, compsitos carbono-carbono para deter-minados escudos de proteo trmica, e compsito de matriz epoxdica reforada com fibras de carbono para o depsito de combustvel 2.

impossvel conceber um material para soldagem espacial sem primeiro co-nhecer os materiais que so empregados, como por exemplo na estao espacial da NASA, e os fatores que podero influir em uma solda no espao csmico, co-mo gravidade baixa, temperatura criognica, variao de presso, etc.

Novas e melhores ligas aeroespaciais, tais como as superligas de Titnio base de nquel, esto constantemente sendo investigadas no sentido de aumenta-rem ainda mais a sua resistncia mecnica e sua resistncia corroso a altas temperaturas. Estas ligas so usadas em motores a jato e a eficincia desses ti-pos de motores pode ser melhorada se operarem a temperaturas mais elevadas. Novas tcnicas de processamento, como a prensagem isosttica a quente e for-jamento isotrmico, podem aumentar a resistncia fadiga das ligas para aviao.

A aviao utiliza-se, tambm, da tcnica da pulverometalurgia, porque para certas ligas obtm-se melhores propriedades e menores custos de fabrico dos produtos acabados.

A tecnologia da solidificao rpida permite obter ps de ligas metlicas, par-tindo de pequenssimas gotculas provenientes de um banho de fuso, as quais so arrefecidas a velocidade que podem atingir 106 0C por segundo. Os ps so posteriormente consolidados em forma de barras atravs de vrios processos, en-tre os quais o de prensagem isostticas a quente.

Atravs destes processos foram obtidas superligas base de nquel resisten-tes a altas temperaturas, novas ligas de alumnio e novas ligas de titnio.(Swith,

1 Para maiores detalhes consultar Advanced Materials e Process. Setembro 1993, p.24.

*1 MATCH igual a velocidade do som no ar. 2 SMITH W F P i i d Ci i E h i d M t i i P t l M G Hill Ltd 1998 P 2

W. F. Princpio de Cincia e Engenharia de Materiais. Portugal. Mc Graw-Hill Lt-da. 1998. P.13).

O impulso pela explorao do espao csmico fez surgir novas tecnologias, como a citada acima, e pesquisas de unio de novos materiais.

No campo de aplicao de unio metlica, o processo de soldagem encon-tra-se em crescente aplicao para fim aeroespacial.

2- Resumo Histrico da Soldagem Espacial:

Vrias misses espaciais foram lanadas em rbitas e uma delas, a Misso STS-57, tinha realizado sua primeira operao de soldagem no interior da cabina dos tripulantes. O objetivo dessa misso era efetuar a manuteno de um satlite europeu que estava sem controle na rbita terrestre. A misso inclua tambm a realizao de pequeno teste experimental de soldagem. Neste experimento, os astronautas soldaram 46 pontos de um circuito impresso atravs de soldagem por resistncia eltrica (solda branda).

Verificaram que o material da solda, o estanho, demorava para fundir e ana-lisaram o efeito da baixa gravidade no comportamento do mesmo.

A Misso STS-57 da Ponte Area Espacial soldou pela primeira vez no inte-rior da cabina de tripulante, mas no foi a primeira vez que a soldagem tinha sido utilizada no espao.

O programa espacial precedente da Unio Sovitica tinha includo uma vari-edade de experimento em soldagem nas duas dcadas passadas. O primeiro tes-te de soldagem ocorreu em outubro de 1969 a bordo do foguete SOYUZ 6.

Os soviticos verificaram que era possvel a soldagem espacial. Os cosmo-nautas da SOYUZ pressurizaram um compartimento em duas partes. Um deles seria despressurizado para realizao de experimento em soldagem. Os experi-mentos eram operados por controle-remotos em vcuo inferior ao encontrado em laboratrio terrestre. Depois de realizados os testes, eles pressurizaram o mdulo orbital e colheram amostras de soldagem para anlise.

Eles tambm realizaram soldagem em tubo de 15 mm de dimetro de nquel-magnsio.

Soldaram chapa de metal com feixe de eltrons e usaram-na tambm na es-tao espacial MIR para montagem de estrutura permanente.

Pela literatura encontrada temos informaes que os processos que j foram empregados em soldagem so: GTAW, resistncia eltrica (solda branda), feixe de eltrons, raios laser e PAW. Sendo esse ltimo o que mais vem se desenvol-vendo em termo de soldagem fora da gravidade. Esse processo muito emprega-do para soldar ligas de alumnio-ltio.

As ligas de alumnio-ltio, principalmente a liga 2195 de alumnio-ltio com 1% de ltio, 4% de prata, 4% de cobre, 0,4% de magnsio, 94 % de alumnio e quanti-dades restantes de outros elementos, foram desenvolvidas atravs de programa de reduo de peso para a construo da Estao Espacial Internacional.

Em 1970, quando a nave espacial estava em desenvolvimento, a NASA re-conheceu que as tcnicas de soldagem ento existentes eram inadequadas para o trabalho de acoplamento do enorme segmento do tanque externo de alumnio da nave espacial Adequadamente o Centro Espacial de Vo de Marshall (MSFC)

iniciou um desenvolvimento de Soldagem a Arco Plasma de Polaridade Varivel (VPPA). O conceito de VPPA data de 1947, mas no foi completamente desenvol-vido.

3 - O Processo Arco Plasma - Reviso:

O processo arco plasma tem um potencial enorme de aplicao para uso fu-turo.

Soldagem a Arco Plasma e Corte - as palavras servem para chamar ateno a um processo altamente tcnico e complexo. De um ponto de vista de marketing, a palavra plasma usada para descrever o processo de GTA modificado teve um impacto substancialmente negativo em relao ao processo inicial. interessante refletir mais prontamente em quanto o arco de plasma teria sido adotado se ele tivesse sido comercializado como uma verso nova, melhorada de GTAW. Uma analogia semelhante existe com a nova sinergia do processo GMAW pulsado. Quando introduzimos um processo novo, importante relacion-lo s necessida-des do usurio final. Em geral, maior nfase deveria ser colocada pelos fabrican-tes de equipamentos na aplicao potencial do processo e os benefcios a serem obtidos em cima do processo convencional existente. H freqentemente uma tendncia do fabricante de equipamento a fornecer informao extensa sobre o que faz um processo operar e informao mnima sobre o que o processo capaz de fornecer.

Entre 1960 e 1970, o processo PAW normalmente foi adotado por usurios finais de alta tecnologia que tiveram engenheiros e tcnicos disponveis e capaci-dade de adaptar o processo para as necessidades deles.

Os volumes de vendas resultantes eram baixos, e o equipamento era caro em comparao com o equipamento de GTAW semelhante. O processo teve grande potencial comercial para substituir muitas aplicaes de GTAW. Porm, at 1970, em geral, o processo permaneceu em uma nuvem de complexidade. Durante o mesmo perodo de tempo, foram feitas realizaes notveis simplifican-do o processo de corte plasma que originalmente era da mesma maneira de uso complexo. Nos dez ltimos anos, a aceitao unnime do processo de corte da indstria tem influenciado e aumentado a conscincia de soldagem por arco plas-ma. Esperanosamente, nos prximos anos, com o advento de nova tecnologia eletrnica e um novo mpeto dos fabricantes de equipamento de soldagem em ar-co plasma, o equipamento de plasma diminuir em preo, sendo simplificado, e alcanar seu maior potencial de aplicao comercial

4 - Origem do Processo Plasma:

O Plasma como dispositivo foi mencionado nos primrdios de 1990 para tra-tamento de minrio de ferro e desenvolvimento de arco de alta intensidade. O Plasma usado como uma fonte de calor foi descrito por E. Mathers em uma paten-te de 1911. Em 1920, Irving Langmuir levou a cabo a pesquisa terica sobre o processo e valorizado com o emprego do processo plasma. Em meados de 1950, o Sr. R. Gage da Union Carbide (Linde) descobriu que as caractersticas de arco aberto do processo de GTAW poderiam ser consideravelmente alteradas

pela constrio do arco. Os resultados foram dramticos. O arco constringido tor-nou-se altamente concentrado e com maior comprimento. As temperaturas do ar-co e a velocidade do plasma aumentaram. A alta temperatura resultante, a coluna do arco plasma longa era uma ferramenta natural para corte de metais no ferro-sos. Pesquisa e desenvolvimento posteriores indicaram que a coluna de plasma poderia ser adaptada para soldagem.

Nos meados de1960, o foguete Titan III-C foi umas das primeiras aplicaes principais da Noth American para soldagem a arco plasma de polaridade direta. A Linde, Westinghouse Co, utilizando equipamento de plasma, dividiu o tempo re-querido para soldar casos do propulsor do foguete que foram soldados previamen-te com GTAW.

A Thermal Dynamics, em 1960, informou o uso de soldagem a arco plasma de polaridade inversa e para soldar alumnio at 6,4 mm (1/4 in ) espesso. A Sci-aky Brothers produziu uma fonte de energia GTAW de polaridade varivel com onda quadrada, em 1967. Estas duas caractersticas eram contribuies importan-tes ao desenvolvimento do processo de plasma.

Nos anos 60, B. Van Cleave, da Boeing Company, combinou a fonte de e-nergia da Sciaky de polaridade varivel com a tcnica de buraco de chave (ke-yhole) de plasma e desenvolveu o processo arco plasma de polaridade varivel (VPPA). Para alcanar as soldas desejadas, foi requerido desenvolvimento adicio-nal na fonte de energia de polaridade varivel. Hobart Brothers, sob o contrato da Boeing em 1974, construiu uma proviso de energia que se mostrou satisfatria. Em 1978, a NASA decidiu que este importante e novo processo teve potencial pa-ra substituir o processo GTAW na soldagem do tanque externo de alumnio na Plataforma Espacial. A NASA representou um papel-chave fazendo o novo pro-cesso comercialmente possvel. As exigncias de soldagem para o tanque da Pla-taforma eram complexas. A NASA projetou um programa de computador para pro-ver compensao de parmetro e para controlar a variao de espessura da pare-de do tanque. Muitos produtos comerciais foram desenvolvidos para o programa espacial e a soldagem a arco plasma de polaridade varivel foi o primeiro novo processo de soldagem resultante do programa. A soldagem a arco plasma de po-laridade varivel representar um papel extenso na construo da plataforma es-pacial da NASA - Fig.1.

Figura 1

5 - O Processo Plasma:

Quando uma corrente atravessada entre dois eltrons por um gs, as mo-lculas de gs aceleram e colidem uma nas outras. medida que aumenta a e-nergia, ela excede a fora de ligao entre o ncleo do tomo e os eltrons. Os eltrons so lanados do ncleo. O gs agora consiste em molculas neutras, -tomos positivamente carregados, e eltrons negativos.

O gs agora ionizado, capaz de conduzir corrente. O gs nesse estado chamado plasma, o quarto estado da matria. O Plasma acontece em todos os arcos de soldagem a graus variados. Na soldagem a arco plasma, o gs de plas-ma acontece depois de uma srie de eventos:

1) Gs inerte atravessa a tocha. 2) Alta freqncia (HZ) gerada entre o tungstnio (catodo) e o bocal da to-

cha (anodo). As HZ dividem o insolamento de ar entre o tugstnio e o bocal. 3) Os arcos piloto de baixa corrente so incendiados, fornecem um caminho

ionizado do tungstnio para a pea. 4) Uma corrente de plasma prefixada gerada. Esta sucesso de passos fornece o caminho ionizado da pea para a corren-

te de plasma. Sem o arco piloto, a corrente poderia formar arco do tungstnio ao bocal, causando dano extensivo da tocha. Forando o gs ionizado pelo pequeno orifcio na tocha ocorre dramaticamente aumentos do nvel de ionizao. As tem-peraturas de arco no alcance de 16.6500 a 27.7700 C (30.0000 a 50.0000 F) so tpicas.

6 - Gs de Plasma:

O processo PAW utiliza argnio principalmente para gs de plasma. O Arg-nio inerte facilmente ionizado e exige baixas voltagens para sustentar a coluna de plasma. A baixa condutividade trmica do argnio resulta em uma estreita e concentrada coluna central quente com um centro exterior refrigerado. Hlio e hi-drognio tambm so adicionados para aplicaes especficas. O Hlio produz um arco mais quente e as misturas normalmente contm 75% hlio, 25% argnio (He75). Todos os metais de mais de 3,2 mm (1/8 pol) usam das tcnicas de mais alta corrente de derretimento e se beneficiaro do maior calor da mistura He 75. O Argnio deveria ser primeiro usado como gs de plasma para metais abaixo de 1/8. As tochas consumveis duram muito mais tempo no argnio resfriado. O Hi-drognio at 15% pode ser usado somente na tcnica buraco de chave em gs de plasma. O calor de Transferncia melhorado e a capacidade de velocidade do curso da solda aumentada e a porosidade reduzida. Geralmente, para aos inoxidveis e nquel acima de 1/8 in usa-se 5% de hidrognio, mas para material abaixo de 1/8 in, o hidrognio pode ser aumentado at 15%, dependendo da dure-za da pea.

7 - Proteo Gasosa:

A coluna de arco plasma estreita e a solda fundida requerem a proteo for-necida por um gs protetor. As taxas de fluxo do gs protetor tpicas so 10,6 a 74 L/min. Considerao cuidadosa deve ser dada escolha do gs protetor. Se o ar-gnio for utilizado para ambos os casos, como plasma e gs protetor, o gs de plasma se tornar menos concentrado. A coluna de arco plasma, normalmente es-treita, expandir-se- em contato com o gs protetor mais frio medida que a ioni-zao acontece, e a coluna de plasma resultante ser menos concentrada e inten-sa. Se nenhum gs protetor usado, a coluna estreita mantida, ento o oxignio circunvizinho e o nitrognio no so facilmente ionizados. Geralmente, so reco-mendados argnio, argnio-hidrognio, argnio-hlio, e argnio-O 2-CO 2 como gases protetores, dependendo de sua compatibilidade com o material bsico.

7.1 - Proteo com Argnio-Hidrognio:

Quando o hidrognio adicionado ao argnio protetor, ele fornece muitos benefcios. A aproximadamente 38700 C(7.0000 F), as molculas de hidrognio dissociam-se quando em contato com o arco. A energia criada pela dissociao molecular liberada quando as molculas de hidrognio recombinam-se em con-tato com a pea. A ao diatmica molecular cria uma barreira ao redor da coluna de plasma, mantendo a dureza da coluna. O Hidrognio tambm reduz a tenso superficial da solda fundida, aumenta a fluidez da solda, e a energia adicional tambm influencia na penetrao. O hidrognio tambm auxilia na melhoria de limpeza da solda pela combinao com o oxignio presente no arco e liberando-o

na atmosfera. Aos de baixas ligas abaixo de 1,6 mm (1/16 in), aos inoxidveis e nquel utillizam proteo de argnio-hidrognio.

7.2 - Proteo com Argnio-Hlio:

O hlio aumenta o potencial de ionizao, que em servio utiliza voltagens mais altas, em conseqncia disso aumenta o calor de soldagem. O hlio e mistu-ras de argnio-hlio so benficas para todos os metais. As taxas de fluxo mais altas, nos alcances de 32 a 106 L/min, so requeridas para proteo. A eficincia de partida do arco pode ser reduzida com hlio puro, mas adiciona-se 25% de ar-gnio ao hlio que ajuda na partida do arco e na estabilidade do arco. No mnimo 75% de hlio usualmente requerido para obter os benefcios trmicos do hlio.

7.3 - Proteo com Argnio-CO2:

Uma proteo com mistura de argnio-CO2 beneficia a fuso de ao carbono nas aplicaes de soldagem. O argnio com 20 a 30% de CO2 melhora a fluidez da solda. A alta condutividade calorfica do ao carbono requer uma parte muito maior de calor que os aos inoxidveis. Considera-se uma mistura de argnio-CO2 com um mistura de argnio em 5% de plasma de hidrognio para aplicao em ao carbono com 1/16 a . Normalmente, o usurio final empregar as misturas de gs recomendadas pelo fabricante de equipamento de PAW.

8 - Equipamento para PAW:

O equipamento PAW varia grandemente de um fabricante a outro. O proces-so usa polaridade DCEN em uma escala de corrente 25 a 400 A. As unidades de inverso de estado slido esto disponveis com contatos eltricos. O console do arco piloto na soldagem contm um gerador de alta freqncia, uma fonte peque-na DC, controle do gs protetor e um controle de tocha refrigerante.

A solda plasma seqenciada uma opo que normalmente recomendada para um modo buraco de chave. Porm, tambm beneficia aplicaes de fuso automatizadas e favorece a inclinao ascendente e descendente para o gs. Es-se benefcio de paradas e partidas, quando projetadas em operao, e fora de o-perao, no pode ser obtido em unies circunferenciais. O recirculador refrige-rante utiliza gua desionizada para prevenir eletrlise na tocha.

Geralmente, as tochas de arco plasma so lquidos resfriados. Tochas ma-nuais e mecanizadas esto disponveis com vrias configuraes de tamanho e disposio. Dois por cento de tungstnio normalmente usado para o eletrodo.

Se o usurio final j possui uma proviso de fora com corrente constante fornecida e um recirculador de gua, o equipamento exigido pode simplesmente ser um console de soldagem a arco piloto e uma tocha. O pacote completo tam-bm est disponvel como uma nica unidade, como visto fig.2.

Figura 2

9 - Soldagem por Alta Corrente de Fuso :

A mais importante aplicao potencial do processo arco plasma sem dvi-da na rea de soldagem por fuso. O processo capaz de alto volume, repetitivi-dade, alto ciclo de servio, operaes manuais e automatizadas em srie, unies em canto e em ngulo. O mtodo de fuso pode ser usado em todas as posies. Quando a soldagem por fuso for em materiais com menos de 0.254 mm, conside-rao ser dada ao projeto de unio. A unio tpica de flange fornece rigidez e re-foro extra do metal.

Metal de enchimento pode ser adicionado durante soldagem por fuso. Con-sidera-se automatizado o alimentador de arame resfriado. O mtodo de fuso alcanado com um arco suave, menos restringido e baixos fluxos de gs. O nvel de corrente pode variar tipicamente de 25 a 200 A. O arco suave realizado fi-xando o tungstnio em um nvel plano com a face da extremidade da tocha. Colo-cado nessa posio, o tungstnio opera a mais baixas correntes e requer mais

baixas taxas de fluxo de gs. O gs de soldagem mais prontamente ionizado medida que atravessa a extremidade do orifcio. A gota da solda ser ligeiramente maior que uma gota produzida com um tungstnio em excesso.

10 - Soldagem Plasma por Baixa Corrente de Fuso:

Este mtodo de arco plasma ideal para metais de pequena espessura. Os metais to finos quanto 0,025 mm (0,001 in) so soldados prontamente. Em com-parao ao GTAW, o arco plasma piloto de baixa corrente assegura arco consis-tente comeando em correntes inferiores a 1 A. Abaixo de 1A, o arco piloto usu-almente cessado no modo contnuo para manter o arco. A estabilidade do arco melhorada e o processo arco plasma muito menos sensvel para tocha com ele-vadas variaes -fig.3. A coluna do arco em GTAW em forma cnica, e com ele-vao crescente da tocha, ele muda para uma forma de sino, produzindo uma ba-se de arco e ZTA mais larga.

figura 3

Obviamente, os benefcios so obtidos pela aplicao do processo plasma com a tolerncia muito mais larga da tocha de trabalho. A ligao mais fcil, va-riaes elevadas da tocha durante a soldagem so menos crticas, e h aumento

visual da unio - Fig.4. H completas unidades de plasma projetadas para baixas aplicaes de correntes. Os fluxos medidos nestas unidades so calibrados para mais baixas taxas de fluxo que nas unidades de fuso por plasma convencional. O rendimento tpico da corrente est no alcance de 0.1 a 15 A .

Figura 4

Os usos para o mtodo plasma de baixa correntes de fuso so amplos. Qualquer aplicao em parede fina que possa ser pelo GTA soldada usando cor-rentes diretas deveria obter benefcio significativo com o processo arco plasma. Em muitos casos, foram adquiridos sistemas eletrnicos e a laser para desempe-nhar soldas simples e seguras que poderiam ter sido prontamente alcanadas com o processo de PAW menos caro. Vrias consideraes seriam dadas baixa corrente PAW como solda segura e com bom rendimento. A fabricao de moblia de escritrio, artigos domsticos, componentes eletrnicos e aeroespaciais, tela metlica, e paredes finas de tubulao so justamente algumas das muitas aplica-es prsperas onde este processo usado. Os preos de equipamentos sero reduzidos medida que os sistemas de inverso de estado slido tornem-se van-tajosos. Tochas menores de fabricantes de equipamento de PAW sero requeri-das para melhorar rendimento da unio soldada.

11 - Soldagem a Arco Plasma Buraco de Chave:

A tcnica de buraco de chave obtida quando o eltron de tungstnio re-torna na parte posterior dentro da gota. alta velocidade resultante, a coluna de arco restringida tem impulso suficiente e energia para furar atravs da pea.

A diferena principal entre o corte plasma e a tcnica de soldagem buraco de chave so as taxas de fluxo de plasma. O mtodo de buraco de chave usa taxas muito baixas de fluxo plasma, tipicamente no alcance de 2 a 6 L/min para espessura de material de 1,6 a 4,0 mm (1/16 a 5/32 in). As baixas taxas de fluxo evitam indesejvel remoo de metal da solda. Depois de perfurar a pea, a tocha progride mais adiante, e o metal fundido, apoiado por tenso superficial, escoa a-trs do buraco de chave para formar a solda. A alta velocidade da coluna de gs plasma derrama-se em uma poa de solda fundida medida que atravessa o bu-raco. A ao de derretimento benfica, pois separa os gases e contaminantes que normalmente seriam apanhados na solda. A soldagem Arco Plasma buraco de chave tolera mais os defeitos superficiais e internos que o processo de GTAW. Em geral metais que podem ser soldados por GTA podem ser soldados com tc-nica buraco de chave convencional com eletrodo negativo em DC, com exceo do alumnio, que usa o mtodo buraco de chave com polaridade varivel. A sol-dagem Plasma buraco de chave normalmente automatizada desde que a velo-cidade de curso consistente e altura de tocha sejam essenciais. A operao con-vencional DC usada completamente para produo de solda em entalhe qua-drado em material de espessura de 2,3 a 9 m (0,090 a o,375 in) que requer pene-trao 100% em um nico passe.

12 - Arco de Polaridade Varivel:

O processo arco plasma de polaridade varivel foi desenvolvido por Van Cleave na Companhia Boeing. O processo combina a eficcia nica do plasma buraco de chave com polaridade varivel cclica. O processo fornece muitos be-nefcios para aplicaes de alumnio. A operao com eletrodo negativo (polarida-de direta) necessria para arco plasma. Esta polaridade fornece calor constante suficiente para a pea e minimiza formao de calor ao tungstnio, mas se for u-sado em alumnio, produziria um arco irregular e gota da solda formada irregular-mente.

Solda muito fluida tambm seria pobre. Em eletrodo de polaridade negativa, os eltrons transferem-se rapidamente

do tungstnio de catodo, negativo pea de nodo, positivo. Este arranjo coloca a maioria do calor na pea. Soldagem em alumnio requer que o xido superficial seja removido, se o alumnio for escoar de maneira controlada. Com eletrodo posi-tivo (polaridade inversa) a transferncia de calor invertida. A fina camada de -xido tenaz quebrada na zona de plasma, permitindo o alumnio escoar suave-mente e de uma maneira controlada. Estudos de forma de onda de corrente dese-jvel para soldagem de alumnio indicam que eletrodo de polaridade contnua po-sitiva no foi requerido para ao de limpeza catdica. Recente fonte VVPA foi desenvolvido por Hobart Brothers (FIG. 5), tipicamente usa um ciclo de 20 ms de eletrodo de polaridade negativa, seguida por 3 ms de eletrodo de polaridade posi-tiva. Os ciclos so fornecidos na forma de ondas quadradas. O pulso de limpeza positiva est normalmente fixo em 30 a 80 A mais alto que o pulso negativo Isto

ajuda na remoo de xido. O ciclo rpido de mudana de polaridade produz ti-ma limpeza catdica com deteriorao mnima de tungstnio e consistente estabi-lidade do arco. Figura 5

A polaridade varivel beneficia ambos GTA e soldagem arco plasma. Porm, quando utilizado com o processo plasma buraco de chave (keyhole), equipamen-tos de VPPA convencional podem produzir um nico passe, em ranhura no chan-frada, com solda de penetrao cheia at 12,7 mm (1/2 in).

Entalhes quadrados ligando unies maiores que 1/2 in normalmente reque-rem passes de enchimento adicionais e preparao parcial de extremidade ponti-aguda. O buraco de chave (keyhole) aberto permite o lanamento de gases con-taminantes, e a corrente de ciclo pode ser ajustada para fornecer tima limpeza nas unies soldadas. Ambas caractersticas de processo asseguram extremamen-te baixos nveis de porosidade em alumnio.

A solda resultante estreita e uniforme, e o calor eventualmente distribu-do, o que minimiza distoro.

O processo VPPA sem dvida complexo, e treinar operador imperativo. Os fabricantes de equipamentos tm trabalhado de perto com o usurio final, mas o processo tem a seguintes capacidades:

1) nico passe de soldagem em alumnio de 12,7 mm (1/2 in); 2) 100% penetrao nas unies soldadas; 3) Qualidade de radiografia consistente; 4) Distoro mnima; 5) Preparao de entalhe quadrado; 6) Custos reduzidos.

13 - Soldagem Arco Plasma Pulsado :

Soldagem arco plasma pulsado representa uma parte importante em proces-so plasma desenvolvido. J foram derivados benefcios com o mtodo de VPPA. Normalmente, VPPA usado na posio vertical ascendente em soldagem de a-lumnio, desde que aquela posio fornea controle de reforo melhorado da raiz. O reforo de raiz tende a ser excessivo quando so soldados na posio plana. Recentes desenvolvimentos indicaram que o processo VPPA pulsado em alumnio espesso de 1/8 a produz controle do perfil quando soldamos na posio plana. Metais ferrosos e no ferrosos beneficiaro do pulso com controle de arco melho-rado com o mtodo de keyhole. O mtodo de fuso em derretimento tambm deve beneficiar-se, naquele controle de calor introduzido e pode ser aumentado em materiais de pequena espessura.

14 - Arco Plasma Superficial - Arco Transferido:

O processo arco plasma superficial oferece muitos benefcios em compara-o aos processos superficiais convencionais. O processo de plasma de alta tem-peratura um verdadeiro processo de soldagem, produzindo soldas homogneas. O gs plasma ionizado flui e derrete a superfcie do metal bsico e as ligas de p alimentadas atravs do arco plasma. Arames de enchimento podem ser usados em vez de ps. Nvel de diluio pode ser prontamente assegurado abaixo de 5%. Com temperaturas de arco entre 25.0000 e 50.0000 F, as taxas de deposio so respeitveis, com velocidades de curso rpidas correspondentes. A taxa de depo-sio tpica para um arco de plasma em p depositado 6,8 kg/h (15 lb/h). O arco plasma em arame depositado 12,7 kg/h (28 lb/h). Em comparao, oxignio 1,4 kg/h (3 lb/h) e GTA 2,2 kg/h (5 lb/h).

15 - Plasma Spray Trmico Superficial - Arco No Transferido:

O processo arco plasma spray no transferido extensivamente usado em construes verticais, endurecimento superficial, anti-corroso e proteo de bar-reira trmica. O gs plasma, tipicamente o argnio, usado para impelir uma ca-mada de p ou arame de slido sobre a pea. O gs plasma ionizado entre o tungstnio e extremidade da tocha. Camadas pulverizadas so cuidadosamente derretidas medida que eles so projetados atravs do plasma a alta velocidade sobre o substrato para formar uma ligao mecnica. As ligaes nas camadas podem ser feitas de pelo menos 500 combinaes de p disponveis. O controle de parmetro a chave para resultados consistentes em spray. O processo forne-ce benefcios sem igual, como taxas de deposio de at 45 kg/h (100 lb/h), calor mnimo introduzido no material bsico, e a capacidade para componentes no me-tlicos.

Com o modo de arco no transferido, novas partes de alto desempenho po-dem ser construdas aplicando substratos baratos. Uma possvel reduo em par-te da produo pode ser conseguida refazendo componentes que so de tamanho

menor que o normal. O Plasma que cobre freqentemente partes usadas resulta em uma qualidade superior para partes novas. O potencial tambm existe para projetar componentes novos e que no proporciona uma propriedade de superfcie realmente alcanvel por processos convencional. O sistema pode ser usado ma-nualmente ou completamente automatizado, mas caro e requer considerao cuidadosa do seguinte:

1) O volume de partes superficiais; 2) Determinando se uma ligao mecnica aceitvel; 3) O tempo requerido para concluso do revestimento; 4) O tempo requerido para finalizar o nivelamento; 5) Qualidade de superfcie terminada requerida; 6) Taxas de rejeio tpicas esperadas; 7) Consumo e custos de energia;

Figura 6

A Companhia Noth American, a Thermosystems, a diviso da Browing Enge-ering, adaptaram a fonte de sistemas arco plasma cortantes para um sistema plasma spray no transferido (figura 6) com capacidades duplas de utilizar p ou arames consumvel. As voltagens de produo mais altas fornecem um arco plasma mais longo a temperaturas de 55370 C(10.0000 F). Tambm aumentada a velocidade de plasma em cima de sistemas plasma spray convencional - apro-ximadamente 3658 m/s (12.000 ft/s).O resultado uma camada densa, dura, e exame de metalografia revelou que menos 1% de porosidade pode ser alcanado constantemente. Os sistemas binrios esto disponveis na corrente em alcance

de 30 a 500 A. O nitrognio freqentemente usado como o gs plasma, com CO 2, nitrognio ou ar comprimido usados como gs protetor. As taxas de fluxo de gs combinadas escoa 67 e 475 L/min. Este processo barato tem grande potencial comercial naquela superfcie grande ou pequena e pode ser coberto com uma camada protetora, resistncia corroso com calor de mnimo introduzido.

16 - Efeito da Microgravidade na Combusto:

Investigadores da NASA usaram a nave espacial para obter e analisar os primeiros dados em Burke-Schumann suprindo com difuso de gs a jato (uma configurao de chama clssica tratada virtualmente em todos livros de ensino de combusto). Estes dados representam a primeira e verdadeira verificao desta teoria disponvel desde seu desenvolvimento original em 1928.

As duas velas que ardem nestas fotografias demonstram uma diferena en-tre comportamento de fogo em Terra e em microgravidade. A chama da esquerda est queimando em gravidade normal onde tem uma forma cnica formada com os produtos quentes da subida da chama e fluxo de ar mais frescas, mais densas, em substituio. direita a chama est queimando em microgravidade que natu-ralmente possui uma forma esfrica. A forma esfrica da chama da vela em gravi-dade baixa ilustra novas perspectivas para os cientistas que procuraro solues em aspectos sutis de combusto impossvel e estudar com preciso o fenmeno em Terra.

Estudando combusto na plataforma espacial, podem os cientistas observar certos aspectos de queima que so influenciados pelos efeitos da gravidade em Terra e assim avanar progressivamente em campo importante para nosso enten-dimento do fenmeno fundamental da combusto. As pesquisas de combusto poderiam conduzir eficincia de aumento de energia, reduo da poluio e me-lhoria de processos.

O estudo da microgravidade auxilia na escolha do melhor mtodo de solda-gem e comportamento da tocha na soldagem.

Pela anlise do comportamento da chama das velas, pode-se entender por-que o mtodo PAW est sendo muito utilizado na construo da Plataforma Espa-cial. Esse mtodo oferece uma chama mais concentrada e direcionada na pea.

17 - Solda por Feixe Eletrnico:

Quando um feixe de eltrons, a elevada velocidade, atinge um alvo adequa-do, produzem-se raios X. Ao mesmo tempo produz-se uma considervel quantida-de de calor, como resultado da converso da energia cintica dos eltrons em alta velocidade. Por outro lado, se o feixe de eltrons focalizado em um ponto do al-vo, possvel desenvolver elevadas temperaturas. Para que o processo seja efeti-vo, a operao deve ser desenvolvida sob vcuo. Isto porque na ausncia de v-cuo muitos eltrons perderiam a sua energia cintica, como resultado de colises com molculas relativamente grandes de oxignio e nitrognio, presentes no ar atmosfrico que existiria entre o canho eletrnico e o alvo.

A solda por feixe eletrnico utilizada principalmente para metais refratrios como tungstnio, o molibdnio e o tntalo, bem como para metais reativos como o berlio, e o zircnio, os quais no podem ser soldados a no ser sob vcuo.

18 - Solda por Raios Laser: Tem sido utilizada, at agora, principalmente para microsolda pontual e, em

alguma extenso, para perfurao e corte. Um equipamento laser (Amplificao da Luz por Emisso Estimulada de Radiao) consiste essencialmente de um ge-rador de pequenas vibraes ao longo do qual uma substncia ativa adequada emite um feixe de intensidade bastante elevada.

19 - Concluso:

O processo arco plasma um dos mais versteis de todos os processos. O processo pode ser usado para soldar, cortar e virtualmente borrifar termicamente qualquer tipo de metal. O potencial de aplicao multiuso do processo extenso, e em contraste com GTAW, tem muitas vantagens. Os prximos anos vero um aumento dramtico da aplicao do arco plasma medida que fabricantes de sis-tema plasma simplifiquem o processo e enfatiza os benefcios de aplicao sem igual derivados do processo de PAW.

20 - Bibliografia:

[1] - Craig, E. The Plasma Arc Process - A Review. 1988. Welding Journal 68(2): 19 a 25.

[2] - Swith, W. F. Princpio de Cincia e Engenharia de Materiais. Portugal. Mc Graw-Hill Ltda. 1998. Pg.:13.

[3] - Higgins, R.A . Propriedades e Estruturas dos Materiais em Engenharia. So Paulo. DIFEL. 1982. Pg.: 378.

[4] - INTERNET: www.spaceflight.nasa.gov