Apostila de Treinamento MIG/MAG (GMAW) - Tradição em · PDF fileTensão Elétrica É a diferença de ... é, para a qual a estabilidade do processo e as condições de formação

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2015-Jul

Apostila de Treinamento

MIG/MAG

(GMAW)

Público alvo: Vendedores e Representantes comerciais




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Informações iniciais :

Ciclo de Trabalho (Fator de trabalho)

O Ciclo de Trabalho é a relação entre o período de soldagem (Arco Aberto) em um determinado período

de tempo. Este período de tempo é determinado pelo projeto do equipamento de acordo com sua aplicação e processo de soldagem, bem como a isolação de seus componentes internos.

Conforme norma NEMA, o ciclo de trabalho é baseado em um período de 10 min, ou seja, uma fonte de soldagem com Ciclo de Trabalho de 60% @ 300 A, deve operar com o arco aberto de 300 A de saída em 6 min e o restante do tempo (4 min) deve apagar o arco e refrigerar os componentes internos.

O Ciclo de Trabalho é informado pelos fabricantes de equipamentos em “percentagem” (%), o símbolo mais utilizado é o @ (“arroba”) e está relacionado com a corrente (A) de saída.

O tipo de trabalho (soldagem) determina a característica do equipamento e seu respectivo Ciclo de Trabalho.

Tensão Elétrica É a diferença de potêncial elétrico entre dois pontos (A, B). A tensão tem como grandeza a Voltagem, e

usualmente é chamada por este nome. Sua unidade de medida é o Volt “V”.

Corrente Elétrica Os elétrons denominam-se Corrente Elétrica e sua unidade de medida é o Amper “A”.

Resistência Elétrica

É a caracterísca elétrica dos materiais que representa a oposição à passagem da corrente elétrica. Sua unidade de medida é o Ohm “Ω” .

Potência Elétrica

É a quantidade de energia elétrica desenvolvida, ou consumida, num intervalo de tempo por um dispositivo elétrico. Sua unidade de medida é o Watt “W”.




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PROCESSO: MIG/MAG

MIG – Metal Inerte Gás - Metal a ser soldado > Alumínio e ligas – Gás de proteção (Inerte)>

Argônio

MAG – Metal Ativo Gás - Metal a ser soldado > Aço e ligas - Gás de proteção(Ativo)>

CO2 ou misturas

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-obra.

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 CO2 e, menos comumente, o hélio. Misturas de Ar-He, Ar-CO2, Ar-O2, Ar-CO2-O2 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 O2 e de CO2.

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.

A fonte de energia mais usada é do tipo tensão constante regulável 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.




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Sistemas alternativos, com fontes com saída de corrente constante, necessitam de sistemas especiais para controlar o comprimento do arco.

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.

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.

Em comparação com a soldagem com eletrodos revestidos, a soldagem GMAW (MIG/MAG) é

relativamente mais simples quanto à sua técnica de execução pois a alimentação de metal de adição é feita pelo equipamento e a quantidade de escória gerada é mínima. Por outro lado, este processo é mais complicado em termos da seleção e ajuste de seus parâmetros

devido ao seu maior número de variáveis e a forte inter-relação entre elas.




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São variáveis importantes do processo:

• Diâmetro e composição do arame, • Tipo do gás de proteção, • Velocidade de alimentação do arame,

• Vazão do gás de proteção, • Comprimento do eletrodo e distância da tocha à peça, • Posicionamento da tocha em relação à peça,

• Corrente de soldagem, • Tensão de soldagem, • Velocidade de soldagem,

• Indutância (características dinâmicas) da fonte, • Técnica de manipulação.

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.

Curto circuito Globular Spray Pulsado Interpulsado

O tipo de transferência a ser obtida depende diretamente da Tensão, Corrente e tipo de gás que será

aplicado ao processo.

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 limitam 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. Faixa de corrente (A) de soldagem para arames de aço carbono.

Referência Diâmetro do arame (mm) Gás de Proteção 0,80 mm 0,90 mm 1,00 mm 1,20 mm 1,60 mm

ER 70 S6 50A a 130A 60A a 160A 70A a 180A 90A a 130ª 125A a 400A CO2

A corrente de soldagem controla fortemente a velocidade de fusão do arame (figura a abaixo). Além disso, a penetração, o reforço e a largura do cordão tendem a aumentar com a corrente quando as demais variáveis são mantidas constante.




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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-CO2 (CO2 < 25%) e Ar-O2. 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-O2, existe uma corrente de transição quando 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 abaixo mostra valores da corrente de transição globular para arames de aço e Ar-2%O2.

Diâmetro do arame (mm) 0,80 1,0 1,2 1,6

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 penetração.




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A soldagem com polaridade direta pode ser utilizada em processos de recobrimento (devida à sua baixa penetração) e a corrente alternada não é utilizada.

A tensão de soldagem afeta o modo de transferência de metal de adição e a aparência do cordão. Uma maior tensão aumenta a largura do cordão e diminui a sua convexidade, mas valores excessivamente

altos causam porosidade, respingos e mordeduras. Valores muito baixos também podem causar porosidade (por perda de proteção devido à turbulência causada pela instabilidade do processo), convexidade excessiva e dobras na margem do cordão.

O valor adequado da tensão para uma dada aplicação depende de muitos fatores como, por exemplo, a espessura e tipo da junta, a posição de soldagem, o diâmetro e composição do arame e a composição do

gás de proteção. A tabela abaixo mostra alguns valores ilustrativos da tensão de soldagem para diferentes materiais.

Valores de tensão do arco para a soldagem GMAW (variação de ±10%, com os menores valores usados para as menores correntes).

Material

Transferência Globular Arame 1,6 mm

Transferência por curto circuito Arame 0,90 mm

Argônio Ar-O2

(1-5% O2) CO2 Argônio

Ar-O2 (1-5% O2)

CO2

Alumínio 25 -- -- 19 -- --

Aço Carbono (comum) -- 28 30 17 19 20

Aço Inoxidável 24 26 -- 18 21 --

Cobre 30 -- -- 24 -- --

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.




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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.

Na tabela abaixo apresentaremos os principais gases e misturas de proteção e suas aplicações. É importante observar que a nomeclatura ou referência dada pelos fabricantes não serão mencionadas

nesta tabela, portanto a consulta ao fornecedor do gás deve ser feita pela composição dada. Gases

Gás ou Mistura Comportamento

Químico

Aplicações

Argônio Inerte Quase todos os metais, exceto o aço

Hélio Inerte Al, Mg, Cu e sua ligas. Alta penetração

Ar + He (20-50%) Inerte Ídem He, mas melhor que 100% He

Nitrogênio Cobre (maior energia de soldagem)

Ar + N2 (20-30%) Ídem N2, mas melhor que 100% de N2

Ar + O2 (1-2%) Liga oxidante Aços inoxidáveis e algumas ligas de Cu

Ar + O2 (3-5%) Oxidante Aços carbono e alguns aços de baixa liga

CO2 Oxidante Aços carbono e alguns aços de baixa liga

Ar + CO2 (20-50%) Oxidante Vários aços. Transferência por curto-circuito

Ar + CO2 + O2 Oxidante Vários aços

Metal Gás de Proteção Espessura Transferência Vantagens

Aço carbono 95% Ar + 3,5% O2 - SPRAY Mais fluídica e controlada poça de fusão

90% Ar + 8-10% CO2 - SPRAY Altas velocidades e baixo custo

75% Ar + 25% CO2 até 3,2 mm Curto-Circuito Mínima distorção e respingos

75% Ar + 25% CO2 mais 3,2 mm Curto-Circuito Adiciona-se a facilidade de soldas nas posições

vertical e sobre-cabeça

Ar + 5-10% CO2 - Curto-Circuito Altas penetrações com rápidas velocidades

Aço baixa liga 98% Ar + 2% O2 - SPRAY Baixa mordedura e boa resistência

60% He + 25% Ar + 4,5%

CO

- Curto-Circuito Excelentes resistência, estabilidade do arco,

características de solda

75% Ar + 25% CO2 - Curto-Circuito Satisfatórias resistência e características da

solda

Aço inoxidável 99% Ar + 1% O2 - SPRAY Mais fluídica e controlada poça de fusão

98% Ar + 2% O2 - SPRAY Melhora a estabilidade do arco e a velocidade de

soldagem

90% He + 7,5% Ar + 2,5%

CO Curto-Circuito Mínima distorção, sem mordedura e corrosão

por resistência

Alumínio 100% Ar até 25 mm SPRAY Melhor transferência do metal

35% Ar + 65% He 25 a 76 mm SPRAY Maior calor no arco

25% Ar + 75% He mais 76 mm SPRAY Melhor calor no arco, mínima porosidade

Ar + He mais 3,2 mm Curto-Circuito Argonio e hélio são preferíveis pelo metal base




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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.

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.

Plana Vertical Filete Horizontal Deposição em filetes Ascendente

Parâmetros de Soldagem: As Consulte o Guia Rápido ou a tabela de parâmetros BALMER .

Observações: As informações acima são apenas referenciais, pois estes valores podem variar conforme o consumíveis,

habilidade do operador, condições da rede elétrica, e outras alheias ao processo. Também destamos a importância da boa qualificação do soldador, que dependendo da sua formação, poderá ou não atingir os melhores resultados em soldagem.

Se você não encontrar a situação de soldagem que deseja, entre em contato com a Fricke e Merkle Balmer que forneceremos os parâmetros de soldagem adequados.




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Defeitos na Soldagem (Processo MIG/MAG)

Em qualquer processo de soldagem poderá ocorrer defeitos, porém com a identificação correta do defeito, esclarecimento dos motivos e orientação para a possíveis soluções, com certeza o defeito será

solucionado e a soldagem apresentará a qualidade exigida.

Defeito Possíveis Motivos Soluções

Dificuldade de abertura do arco elétrico ou arco instável. (Interrupções ou variações de energia no arco elétrico)

Polaridade incorreta. - Verifique a polaridade. - Use polaridade positiva no eletrodo.

Conexões frouxas do cabo de soldagem ou do cabo terra.

- Verifique e aperte as conexões dos cabos. - Melhore o aterramento.

Chapa suja, enferrujada ou pintada. - Limpe as superfícies a serem soldadas.

- Use lixadeira ou escova de aço para remover ferrugem e use solvente para remover óleo, graxa ou tinta.

Bico de contato sujo ou muito gasto. A corrente não se transfere adequadamente ao arame.

- Limpe ou substitua o bico de contato.

Gás de proteção insuficiente. - Verifique as válvulas e se não há vazamento de gás. Aumente a vazão do gás.

Alimentação irregular do arame. (Interrupções ou variações na velocidade do arame de solda)

Pressão dos roletes de arraste insuficiente: o arame desliza e não alimenta a pistola.

- Aumente a pressão dos roletes de arraste.

Pressão dos roletes de arraste excessiva, que deforma o arame, arranca a camada de cobre e entope o bico de contato.

- Reduza a pressão dos roletes de arraste, limpe o conduíte e o bico de contato.

Rolete de arraste embola o arame. - Verifique se está correto conforme a bitola do arame. - Limpe os roletes e o alimentador de

arame. - Acerte a pressão dos roletes de arraste.

Velocidade de alimentação do arame muito baixa.

- Verifique e aumente a velocidade de alimentação do arame.

Bico de contato sujo ou muito gasto provoca mau contato.

- Limpe ou substitua o bico de contato. Abertura do arco elétrico no bico de contato.

Polaridade incorreta. - Verifique a polaridade. - Use polaridade positiva no eletrodo.

Superaquecimento da tocha. - Use tocha que aceite maior corrente de soldagem ou tocha refrigerada a água.

Conduíte flexível (guia do arame) está sujo ou desgastado.

- Limpe ou substitua o conduíte flexível (guia do arame).


Alimentação irregular do arame.

O freio do moto-alimentador não está funcionando corretamente e o arame

- Limpe o sistema de freio do moto-alimentador, retire excessos de graxa ou




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(Interrupções ou variações na velocidade do arame de solda)

enrosca na saída do carretel. sujeiras acumuladas. - Regule o freio de forma que o carretel pare no momento em que o gatilho da pistola de soldagem é desativado.

Não ocorre alimentação do arame. - Verifique se o arame está passando pelos canais das roldanas do moto-alimentador e se o sistema elétrico do moto-alimentador está funcionando.

- Troque o fusível do sistema do moto-alimentador casoesteja queimado.Verifique se o interruptor (gatilho) da pistola de soldagem está funcionando.

Aquecimento excessivo do cabo da tocha e do cabo de solda com grampo terra. (Sobrecarga elétrica nos condutores ou terminais provocada por mau contato ou mau dimensionamento.

Conexões frouxas do cabo de soldagem ou do cabo terra.

- Verifique e aperte as conexões dos cabos. Melhore o aterramento.

Cabo de soldagem muito longo. - Substitua por outro de bitola maior ou, se possível, reduza o comprimento.

Ciclo de trabalho “pesado”. - Use um ciclo menos intenso. - Utilize um sistema de refrigeração por água.

Tensão diferente da indicada. - Acerte as ligações de acordo com o esquema da fonte de energia.

Sopro Magnético (Desvio do arco elétrico provocado pela

interferência de um campo magnético externo.)

Arco instável que muda de direção sem causa aparente.

- Mude a posição do cabo terra. Prenda o cabo terra diretamente na peça de trabalho.

Solda efetuada na direção do cabo terra.

- Solde afastando-se do cabo terra.

A bancada ou a peça estão magnetizadas.

- Substitua a bancada e verifique periodicamente se não está ocorrendo magnetização das peças.

Falta de Fusão ou Penetração (Não ocorre fusão homogênea ou penetração adequada entre as partes soldadas, o que reduz a resistência da solda e atua como pontos de início de trincas quando a peça está em serviço.)

Preparação da junta inadequada. - Verifique o chanfro: aumente a abertura da raiz, reduza a face da raiz e/ou aumente o ângulo do chanfro.

Corrente desoldagem (amperagem) muito baixa.

- Aumente a velocidade de alimentação do arame.

Velocidade de soldagem muito alta. - Reduza a velocidade de soldagem.

Distância muito alta da tocha à peça. - Solde com a tocha mais próxima à peça (+ ou - 10 vezes a bitola




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do arame) (veja figura 3).

Ângulo da tocha inadequado. - Mude o ângulo da tocha. - Solde com a tocha reta ou puxando ligeiramente para aumentar a penetração.

Chapa suja, enferrujada ou pintada. - Limpe as superfícies a serem soldadas. - Use lixadeira ou escova de aço para remover ferrugem e solvente para remover óleo, graxa ou tinta.

Manipulação inadequada da tocha. - Com oscilação durante a soldagem, mantenha o arco sobre as laterais do chanfro, permitindo a fusão completa das bordas.

Porosidade (Inclusões internas e/ou erupções externas que provocam redução da resistência da solda podem não ser visíveis.)

Proteção de gás inadequada. - Aumente a vazão de gás (veja item 10). Mantenha o bocal da tocha mais perto da peça. - Verifique se há vazamento de gás. - Centralize o bico de contato no bocal da tocha. - Troque o bocal da tocha se estiver danificado. - Verifique se a válvula solenóide do gás está funcionando corretamente.


Ângulo da tocha inadequado. - Mude o ângulo da tocha para melhorar a proteção do gás

Arame de solda sujo ou oxidado. - Após abrir a embalagem, mantenha o arame protegido de umidade, respingos de solda e poeira.

Corrente de ar junto à peça a ser soldada desloca o gás de proteção.

- Use biombos ou cortinas adequadas para evitar as correntes de ar.

Vazão do gás muito elevada causa turbulência na poça de fusão, permitindo a entrada de ar.

- Reduza a vazão do gás

Conduíte do arame sujo e/ou bocal com respingos.

- Limpe o conduíte e o bocal.

Velocidade de soldagem muito alta. - Mantenha a poça de solda fundida por mais tempo, para permitir que os gases escapem antes que a solda solidifique


Excesso de respingos - O acabamento do cordão fica irregular, embora a resistência da solda nao seja afetada. - O acabamento fica

Tensão (voltagem) muito alta, aumentando o comprimento do arco.

- Reduza o valor da tensão e trabalhe com arco curto.

Distância da tocha à peça muito alta. - Solde com a tocha mais próxima à peça





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prejudicado, aumentando o custo de limpeza da solda.)

Vazão do gás muito elevada, que causa turbulência na poça de solda, permitindo a entrada de ar, causando porosidade e excesso de respingos.

- Reduza a vazão do gás

Indutância da máquina de solda. - Se estiver soldando com transferência tipo curto-circuito, aumente a indutância na máquina de solda.

Trincas na solda

- Muitos tipos de trincas podem ocorrer em uma solda. Algumas são visíveis, outras não. - Todas as trincas são consideradas potencialmente sérias e devem ser evitadas ou reparadas. - As trincas podem se propagar, causando a quebra da peça quando em serviço.

Trinca de cratera: no final do cordão, o

arco é fechado muito rapidamente.

- No final do cordão, retorne ou pare o

deslocamento para encher adequadamente a cratera de solda.

Teor de carbono ou enxofre elevado no metal base.

- Preaqueça a peça se o teor de carbono no metal base for elevado.

- Reduza a penetração, usando baixa corrente de soldagem (utilize baixa velocidade de alimentação do arame ou arames de menor bitola).

Cordão de solda côncavo. - Mude a velocidade de soldagem ou o tipo de gás de proteção para obter um cordão mais plano.

Velocidade de soldagem muito alta. - Reduza a velocidade de soldagem.

Junta muito rígida. - Preaqueça a peça. - Melhore a montagem de forma que o

metal base dilate e contraia livremente. - Use chanfro mais aberto.




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Profissionais que elaboraram esta apostila:

- Marcus Vinícius Rodrigues Fone: (55) 8405.7324 - e-mail: [email protected]

Fontes de referências:

- Fricke Equipamentos de Soldagem Ltda - Merkle Balmer Equipamentos de Soldagem Ltda - Merkle Schweißanlagen-Technik GmbH

- Universidade Federal de Minas Gerais

mailto:[email protected]

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