Soldagem III Simei3

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GTAW

Soldagem TIG

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O processo de soldagem Gas Tungsten Arc Welding - GTAW, ou soldagem TIG -

Tungsten Inert Gas, como mais conhecido atualmente, um processo de soldagem a

arco eltrico que utiliza-se de um arco entre um eletrodo no-consumvel de tungstnio e

a poa de soldagem.

Conforme pode-se notar pela figura anterior, a poa de soldagem, o eletrodo e parte do

cordo so protegidos atravs de um gs de proteo, que injetado pelo bocal da

tocha.

Seu desenvolvimento deveu-se necessidade de disponibilidade de processos eficientes

de soldagem de materiais de difcil soldabilidade, tais como o alumnio, cobre e

magnsio; notadamente na indstria da aviao, no comeo da Segunda Grande Guerra

Mundial. Sua bero de criao foi na Alemanha, onde o processo TIG conhecido como

WIG, sigla de Wolfranium Inert Gas.

Assim, com o seu aperfeioamento, surgiu um processo de alta qualidade e relativo

baixo custo, de uso em aplicaes diversas, com inmeras vantagens.

A Soldagem TIG (GTAW)

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Soldagem TIG (GTAW)

O processo TIG permite soldar uma srie de tipos de materiais, com ou sem material de adio. Dependendo da aplicao da solda, possvel adicionar material poa de fuso, nesse caso, o material deve ser compatvel com o metal de base.

Para isolar a regio de soldagem dos contaminantes atmosfricos - Nitrognio (N2), Oxignio (O2), Dioxido de Carbono (CO2) - e umidade, que prejudicam as propriedades mecnicas da junta, so utilizados gases de proteo com caractersticas qumico-fsicas especficas (todos inertes), que tambm ajudam a formar e manter o arco eltrico estvel.

A altura do arco eltrico controlada pela diferena de potencial (tenso) aplicada entre os eletrodos (assim como no caso do processo MIG/MAG), ou pela distncia eletrodo pea, e sua intensidade pela corrente eltrica que se faz fluir atravs da coluna de gs ionizado (produo de arco sob ambiente plasmtico).

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O eletrodo utilizado na soldagem TIG o de tungstnio, que tem o maior ponto

de fuso dos metais: 3400oC, podendo este ser puro (99,9%) ou ainda ser

ligado com outros materiais (sempre na forma de xidos), geralmente: Crio

(Ce) , Lantnio (La), Trio (Th) e Zircnio (Zr).

Alm disso, o tungstnio chamado termoinico, porque tem facilidade de

emitir eltrons ao ser aquecido, o que auxilia bastante a estabilidade do arco

Os eletrodos de tungstnio puro tm a vantagem de apresentar menor custo e

menor efeito de retificao quando utilizada a corrente alternada. Por outro

lado, as desvantagens so a dificuldade na abertura do arco e menor

durabilidade.

Nos processos automatizado, exige-se que os eletrodos sejam ligados ao

Zircnio (Zr).

Soldagem TIG (GTAW)

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Vantagens

Apresenta cordes de solda de alta qualidade;

Ausncia de escria no cordo;

Ausncia de respingos e fascas;

Pode ser empregado em todas posies;

timo para soldagem de pequenas espessuras;

timo desempenho na soldagem autgena;

Ausncia de fluxos e revestimentos slidos;

Aparncia higinica e cirrgica da solda;

Baixa sensibilizao corroso intergranular;

Baixa distoro, devido a sua alta energia de soldagem.

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Desvantagens

Custo relativamente alto principalmente no caso da soldagem de

alumnio, que h a necessidade de uma fonte geradora de alta frequncia;

Necessita de grande habilidade do soldado;

Dificuldade na soldagem em campo influncia do vento;

Baixa mobilidade, devido a quantidade de acessrio ser extensa;

Alta incidncia de luzes UV e IV;

Inadequado para soldagem de chapas de mais de 10 mm.

Baixa taxa de deposio.

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Soldagem TIG (GTAW)

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O Equipamento

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Equipamento para Soldagem TIG (GTAW)

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Fontes de soldagem TIG


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Controle de gs de

proteo (Q e P)


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Conjunto Regulador +

Manmetro +

Fluxmetro

Conjunto Regulador +

Manmetros (interno e

trabalho)

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Tocha


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Tochas TIG


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A tocha conduz a corrente e o gs inerte para a zona de soldagem; tem a

extremidade revestida de material isolante a fim de ser manuseada com

segurana pelo operador. A tocha serve como suporte do eletrodo de

tungstnio e tambm fornece o gs de proteo. Dentro da tocha existe uma

pina que segura o eletrodo, e que deve ser selecionada de acordo com o

dimetro do eletrodo.

As tochas, que suportam o eletrodo e conduzem o gs de proteo at o arco,

so classificadas basicamente pelo seu mecanismo de refrigerao. As tochas

refrigeradas a gs so mantidas na temperatura adequada pelo efeito de

resfriamento causado pelo prprio gs de proteo. Estas tochas esto

limitadas a uma corrente mxima de cerca de 200 A.

J as tochas refrigeradas a gua, promovem a circulao de gua,

normalmente em circuito fechado, para refrigerao. Desta forma, pode-se

dispor de tochas que suportam correntes de at 1000 A.


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Parmetros de Soldagem

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Os parmetros de soldagem so responsveis pela qualidade do cordo de

solda e o desenvolvimento do processo; assim, preciso conhecer essas

variveis para escolher o procedimento adequado a cada tipo de trabalho.

Os parmetros a considerar no processo TIG so:

Comprimento do arco;

Velocidade de soldagem;

Vazo do gs;

Corrente de soldagem;

Polaridade;

Parmetros de Soldagem

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O comprimento do arco a distncia entre a ponta do eletrodo e o metal de base (o que

no processo MIG/MAG, chamamos de Stick-out); o aumento do comprimento faz

aumentar tambm a tenso do arco, sob uma dada corrente de soldagem e determinado

gs de proteo.

O comprimento do arco influencia diretamente no cordo de solda, que ser tanto mais

largo quanto maior for o arco. Um arco muito curto ou muito longo torna-se instvel,

favorecendo a formao de porosidades, mordeduras e falta de fuso. Em conseqncia,

a penetrao tambm ser afetada, embora que discretamente.

Maior distncia

Cordo mais largo

Menor distncia

Cordo mais estreito

Comprimento do Arco

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A velocidade de soldagem tem influncia sobre a penetrao e a largura do cordo de

solda; assim, para uma velocidade muito alta de soldagem, o arco no permanece tempo

suficiente na regio de solda para proporcionar uma boa fuso e penetrao do cordo.

J para uma velocidade baixa, a penetrao aumenta. Mas, para uma velocidade

excessivamente baixa de soldagem, o prprio metal fundido na poa funciona como

isolante trmico para a transferncia de calor do arco para o metal base, prejudicando

tambm a penetrao de solda.

Uma velocidade maior melhora a eficincia e a produtividade da soldagem, reduzindo os

custos de produo; no entanto, velocidades altas demais podem causar

descontinuidades, como falta de penetrao e mordeduras.

Velocidade de Soldagem

Menor velocidade de

soldagem

Cordo mais largo e

maior a penetrao

Maior velocidade de

soldagem

Cordo mais estreito e

menor a penetrao

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A vazo do gs responsvel pela proteo adequada do eletrodo e da poa

de fuso garantindo soldas isentas de oxidao e porosidade.

Seu valor ideal depende do tipo de metal a ser soldado, condies de

ventilao do ambiente e nvel de amperagem utilizado. Para que a proteo

oferecida pelo gs seja eficiente, preciso considerar a vazo do gs.

A vazo deve ser forte o suficiente para deslocar o ar para longe da rea da

solda e assim proteger a poa de fuso; no entanto, uma vazo elevada pode

causar turbulncia no fluxo do gs, resultando em descontinuidade ou defeitos

no cordo e instabilidade do arco, sem falar no custo maior de soldagem.

Vazo do Gs de Proteo

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A vazo ideal leva em considerao fatores como:

Tipo de gs utilizado;

Distncia entre o bocal e a pea;

Tipo e posio da tocha;

Tipo de junta;

Dimetro do bocal;

Velocidade e posio de soldagem;

Tipo de metal a ser soldado;

Tamanho da poa de fuso.

Uma vazo baixa no oferece proteo adequada poa de fuso, causando

tambm descontinuidades.

Uma regra para determinar a vazo ideal fazer um teste, iniciando com vazo

elevada e diminuindo gradativamente at que comece uma oxidao superficial

do cordo; a vazo ideal ser a mais prxima e superior a essa.

Vazo do Gs de Proteo

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A corrente de soldagem pode-se considerar, de forma geral, que ela controla a

penetrao da solda, com efeito diretamente proporcional, alm de influenciar na

penetrao de solda, a limpeza superficial dos xidos da superfcie do metal base e o

desgaste do eletrodo de tungstnio.

A corrente afeta tambm a tenso do arco, sendo que para um mesmo comprimento de

arco, um aumento na corrente causar um aumento na tenso do arco.

O ajuste da vazo de gs est relacionado com a intensidade de corrente ideal para os

diferentes metais a soldar. Considerando o argnio como gs de proteo, a relao

vazo/corrente pode ser mostrada em um quadro.

Corrente de Soldagem

Menor Corrente

Cordo mais estreito e

menor a penetrao.

Menor Corrente

Cordo mais largo e

maior a penetrao

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Corrente de Soldagem

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Polaridade

Quando se trabalha com CC, o ignitor de alta freqncia usado apenas para

abrir o arco e em seguida desligado. Geralmente os aparelhos possuem um

dispositivo que inibe as fascas do ignitor quando o arco est aberto.

Na soldagem com CC, o circuito pode ter o eletrodo ligado tanto ao plo

negativo quanto ao positivo.

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Quando o eletrodo est ligado ao plo negativo CC-, os eltrons fluem do

eletrodo em altas velocidades, bombardeando o metal de base e provocando

um aquecimento considervel nesse metal; a concentrao de calor, portanto,

de aproximadamente 70% na pea e 30% no eletrodo.

O cordo de solda obtido com CC, estreito e com grande penetrao. Este

tipo de corrente aplicado na soldagem de ao, cobre, aos inoxidaveis

austenticos (ao cromo-nquel) e ligas resistentes ao calor.

Corrente Contnua com Polaridade Direta

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Quando ligado ao plo positivo, CC+, o eletrodo positivo e o metal negativo; os

eltrons fluem do metal de base para o eletrodo, o qual se aquece e tende a fundir a

extremidade.

A concentrao de calor de aproximadamente 30% na pea e 70% no eletrodo. Por

esta razo, a soldagem com CC+ requer um eletrodo com dimetro maior ou uma

corrente mais baixa para evitar o superaquecimento e conseqente fuso do eletrodo,

que contamina a poa de fuso. Esse inconveniente torna a soldagem com CC+ pouco

utilizada, uma vez que no vivel para correntes elevadas. O cordo de solda obtido

largo, com pequena penetrao.

Corrente Contnua com Polaridade Inversa

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Teoricamente, uma soldagem com CA uma combinao das soldagens com CC+ e CC-

A corrente assemelha-se a uma onda, cuja parte superior representa a polaridade

positiva, ou CC+, e a inferior a negativa ou CC-. Os eltrons e os ons partem da pea

para o eletrodo e vice-versa, causando uma concentrao equilibrada de calor de 50%

para cada um e um cordo com penetrao mdia.

A CA aplicada na soldagem de alumnio, magnsio e suas ligas. Na soldagem com

CA, o arco tende a extinguir quando a corrente muito baixa ou nula, uma vez que a

corrente cai a zero a cada inverso de polaridade; neste caso, o ignitor deve

permanecer ligado para estabilizar a descarga eltrica.

Corrente Alternada

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Quando se utiliza CA com eletrodo de tungstnio puro, acontece o efeito de

retificao, que a diferena de emissividade eletrnica existente entre o

eletrodo de tungstnio puro e o material que est sendo soldado.

Na CA, existe uma mudana cclica do fluxo de eltrons, que ora se deslocam

do eletrodo de tungstnio para a poa de fuso, ora saem da poa de fuso em

direo ao eletrodo. Devido ao efeito de retificao, h um desbalanceamento

nesse movimento, tornando a emisso de eltrons vindos da poa de fuso

menor que a emisso de eltrons provenientes do eletrodo; isto provoca o

aparecimento de duas senides de intensidades diferentes.

Corrente Alternada

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O efeito de retificao mais prejudicial no caso da soldagem de alumnio e

de magnsio, que apresentam xido refratrio, porque o fluxo de eltrons

emitido pela poa de fuso no suficiente para romper completamente a

camada de xido existente durante a soldagem.

A fim de atenuar o efeito de retificao, utiliza-se um transformador com

condensador-filtro, que equilibra as senides representantes do fluxo de

eltrons.

Corrente Alternada

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A tenso do arco, designao dada para a tenso entre o eletrodo e a pea, fortemente

influenciada por diversos fatores, estes j citados como parmetros:

Corrente do arco;

Perfil da ponta do eletrodo;

Comprimento do arco (Distncia entre o eletrodo e a pea);

Tipo da gs de proteo;

Como existe uma relao direta entre a tenso e o comprimento do arco, a tenso usada

para controlar o processo, pois uma vez fixados diversos outros parmetros, a tenso do

arco possibilita o controle do comprimento do arco, que difcil de monitorar. Por sua vez,

o comprimento do arco afeta diretamente a largura da poa.

Apesar disso, na maioria dos processos com chapas, o comprimento do arco desejado o

menor possvel. Este controle o comprimento do arco pela tenso, entretanto, deve ser

feito de maneira cuidadosa, observando-se outros parmetros que tambm afetam a

tenso como contaminao do eletrodo e do gs de proteo, alimentao imprpria do

material de adio, mudanas de temperatura no eletrodo e eroso do eletrodo. A

velocidade de avano afeta a penetrao e a largura no processo, sendo esta ltima,

porm, muito mais afetada.

Tenso

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Quadro Resumo

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Consumveis

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Classificao AWS do Eletrodo

Os eletrodos para o processo TIG so varetas sinterizadas de tungstnio puro ou ligado

ao Trio (Th), Zircnio (Zr), Lantnio (La) ou Crio (Ce), ambos na forma de xidos.

A classificao do eletrodo quanto composio qumica encontra-se na norma

ANSI/AWS A5.12-92, apresentada no quadro.

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A norma AWS A5.12-92 estabelece um cdigo para a identificao dos

eletrodos conforme sua composio qumica. Segundo esse cdigo, a letra E

significa eletrodo; W para wolfrmio (ou tungstnio), o elemento qumico de

que feito o eletrodo, X o elemento qumico adicionado ao eletrodo e P

significa puro.

Ex:

AWS EWT 1 Eletrodo de Tungstnio, com adio 1 % de Trio (valor pode variar).

Classificao AWS do Eletrodo

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Os elementos qumicos adicionados ao eletrodo so importantes para permitir

um desempenho melhor do processo de soldagem.

Os eletrodos com adio de Zircnio (Zr) ou Trio (Th) apresentam vantagens,

tais como maior durabilidade, maior resistncia com potncias elevadas e

melhores propriedades de ignio. Por outro lado, as desvantagens, quando se

utiliza corrente alternada, so o custo maior, maior efeito de retificao e menor

estabilidade do arco.

Composio Qumica do Eletrodo

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EWC o eletrodo de tungstnio com xido de crio (Ceo3), conhecido como Cria. Este

tipo de eletrodo apresenta maior facilidade de ignio, melhor estabilidade do arco,

reduzida taxa de vaporizao ou queima e trabalha muito bem com corrente alternada ou

contnua, em qualquer polaridade; estas vantagens aumentam com o aumento de

quantidade de Cria.

EWL o eletrodo de tungstnio que contm 1% de xido de lantnio (LaO3), conhecido

como Lantnia; as caractersticas de operao e vantagens deste eletrodo so muito

similares s do eletrodo com Cria.

EWT o eletrodo que contm xido de trio (ThO3), conhecido como tria; a tria

responsvel pelo aumento de vida til do eletrodo em relao aos eletrodos de tungstnio

puro devido a sua alta emisso de eltrons, melhor ignio e estabilidade do arco. Estes

eletrodos tm maior vida til e apresentam grande resistncia a contaminantes de

tungstnio na solda.

EWZ o eletrodo com adio do xido de zircnio (ZiO3), conhecido como zircnia; este

eletrodo o preferido para aplicaes nas quais a contaminao por tungstnio deve ser

minimizada. O eletrodo com zircnia tem bom desempenho quando usado com corrente

alternada e apresenta alta resistncia a contaminao.

Composio Qumica do Eletrodo

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A preparao do eletrodo (angulao e afiao) sempre definida conforme a

corrente utilizada na soldagem, bem como o dimetro do eletrodo.

Essa preparao feita por meio de esmerilhamento (com rebolo de oxido de

Silcio SIO3) da ponta, sempre no sentido longitudinal, para facilitar o

direcionamento dos eltrons. Em casos especiais, as marcas do

esmerilhamento so retiradas por meio de polimento.

Na soldagem com corrente contnua, a ponta do eletrodo deve ser

pontiaguda. O cone correto da ponta pode ser obtido por uma norma

prtica: a altura do cone deve ser 2 (duas) vezes a 2 (duas) vezes e meia o

dimetro do eletrodo.

No caso de soldagem com corrente alternada, a ponta do eletrodo deve

ser ligeiramente arredondada.

Preparao do Eletrodo

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C.C.

C.A.

Preparao do Eletrodo

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A escolha do tipo e do dimetro do eletrodo deve levar em considerao a

espessura e o tipo do material, o tipo de junta, o nmero de passes e os

parmetros de soldagem, como amperagem e tenso, alm da composio

qumica do eletrodo.

Um quadro auxilia a seleo do eletrodo:

Seleo do Eletrodo Conforme Parmetros

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Seleo do Eletrodo Conforme Parmetros

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Metal de Adio

O metal de adio para soldagem TIG geralmente apresentado sob forma de varetas

com cerca de 1 metro de comprimento.

No caso de soldagem mecanizada, utilizam-se bobinas de fio enrolado. Os dimetros

dos fios e das varetas obedecem a um padro que varia entre 0,5 mm e 5 mm. Os

materiais e ligas utilizados na confeco das varetas so variados; classificam-se

segundo sua composio qumica e de acordo com as propriedades do metal

depositado.

importante que o metal de adio esteja isento de umidade, oleosidade e oxidao.

A escolha do metal de adio leva em considerao fatores como: similaridade com o

metal de base, composio qumica, propriedades mecnicas e custos razoveis. O

dimetro do fio ou da vareta deve corresponder espessura das peas a soldar ou

quantidade de material que ser depositada. Estas informaes encontram-se

disponveis nos catlogos dos fabricantes.

Os consumveis utilizados como metal de adio na soldagem TIG so especificados

segundo normas que definem as caractersticas do arame, as propriedades mecnicas

desejadas, ensaios recomendados, dados de identificao, garantia do fabricante,

condies de aceitao e embalagem.

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Classificao AWS do Metal de Adio

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A especificao AWS A5.18 prescreve os requerimentos para a classificao de

eletrodos slidos ou compostos (arame tubular com ncleo metlico metal

cored) e varetas para os processos GMAW, GTAW e PAW na soldagem de ao

carbono.

A Especificao AWS A5.9 se aplicam a arames, varetas, fitas e eletrodos

compostos de aos inoxidveis. O teor de Cr cromo destes consumveis no

mnimo

de 10,5%.

ER designa eletrodo na forma de arame ou vareta.

XX designa o limite de ruptura no ensaio de trao em Ksi.

Y este dgito indica a forma construtiva: S designa eletrodo slido e C

designa eletrodo composto.

X designa a faixa de composio qumica.


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Principais Varetas Utilizadas na Soldagem de Aos Inoxidveis

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Principais Varetas Utilizadas na Soldagem de Aos Inoxidveis

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Os gases de proteo utilizados no processo TIG so os inertes, isto , que no

reagem com o eletrodo nem com a poa de fuso; como exemplos citam-se o

argnio (Ar), mais utilizado, o hlio (He) ou uma mistura de ambos.

Os gases de proteo do processo TIG devem ter um grau de pureza de

99,99%, no mnimo, para que a solda apresente a qualidade desejada. O teor de

umidade tambm um fator importante que deve ser controlado.

A escolha do gs depende de fatores como tipo de metal que se quer soldar,

espessura das peas e posio de soldagem. As misturas de argnio e hlio,

respectivamente 70% e 30% e 30% e 70%, so as que apresentam os melhores

resultados na soldagem de metais no ferrosos, como alumnio, magnsio e

ligas.

As misturas argnio e hidrognio (8% em geral) so as mais utilizadas em

soldagem TIG manual e automtica dos aos inoxidveis.

Gases de Proteo

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A principal funo de um gs de proteo no processo TIG excluir os gases

da atmosfera que podem contaminar a poa de fuso, o eletrodo e a parte

aquecida da vareta de adio. Os gases so definidos, regidos e classificados

pela AWS A5.32.

A escolha do gs importante porque influencia a velocidade de soldagem, na

penetrao, no acabamento e na estabilidade do arco.

As Funes dos Gases de Proteo

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Gases de Proteo

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Gases de Proteo

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O Argnio (Ar) um gs, sendo o terceiro elemento da classe dos gases

nobres. incolor e inerte, constituindo cerca de 1% do ar atmosfrico. sem

sobra de dvidas o gs mais utilizado na soldagem TIG, frente a diversas

propriedades tolerantes e frente a sua versatilidade.

O emprego do gs argnio no processo TIG apresenta algumas vantagens,

como:

Uma boa estabilidade do arco;

Baixo consumo do gs;

Baixas tenses de arco;

Custo baixo do processo;

Facilidade na abertura do arco;

Melhor efeito de limpeza de xidos quando usada a corrente alternada.

Por ser mais pesado que o ar, o argnio forma uma eficiente cortina de

proteo ao redor da poa de fuso.

Argnio (Ar)

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O hlio (He) um gs monoatmico, incolor e inodoro. Tem o menor ponto de

evaporao de todos os elementos qumicos, e s pode ser solidificado sob

presses muito grandes. o segundo elemento qumico na tabela peridica, e

est em segundo lugar entre os gases em maior abundncia no universo, atrs

do hidrognio (H).

O gs hlio (He) empregado no processo TIG apresenta consumo alto, pois

um gs mais leve que o ar; sua densidade baixa provoca a subida do gs em

turbulncia, prejudicando a proteo da poa de fuso, por isso, o fluxo do

hlio deve ser de 2 a 3 vezes maior que a do argnio.

O hlio requer altas tenses de soldagem, o que demanda maior energia para

uma mesma corrente e comprimento de arco; permite grande penetrao do

cordo de solda; apresenta custo alto, mas, em contrapartida, possibilita maior

velocidade no caso de soldagem automtica de alumnio e suas ligas.

Em soldagem automtica de alumnio e suas ligas, o gs hlio puro pode ser

utilizado com corrente contnua e polaridade negativa.

Hlio (He)

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O Processo

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A preparao de junta a ser soldada fundamental para a obteno de soldas

de alta qualidade.

O processo TIG por no ser eficiente na desoxidao e limpeza da poa de

fuso, exige uma limpeza rigorosa da junta, retirando-se resduos de leo,

graxa, fuligem etc. As bordas devem estar ao metal brilhante e quando

necessrio feita a proteo com um gs inerte, geralmente o prprio argnio.

Na contra solda em passes de raiz, como na soldagem de tubulaes de aos

inoxidveis, necessrio ainda a utilizao de purgas, de modo a garantir

total proteo da poa de fuso, e ainda garantir a constante limpeza da junta.

A limpeza deve ser efetuada por meio de escovas (mecnicas ou manuais),

discos de lixa, discos abrasivos ou qualquer outro meio de lixamento.

Uma ateno especial deve ser tomada quanto a possibilidade de

contaminao destes meios de preparo na junta, o que pode vir ocasionar

problemas na junta soldada!!!

Limpeza da Junta

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Posicionamento da Tocha

Posicionamento da tocha

para soldagem plana

Posicionamento da tocha

para soldagem em ngulo

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Alimentao e Progresso da Solda

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Soldagem TIG (GTAW)

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Soldagem TIG (GTAW)

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Soldagem TIG (GTAW)

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Soldagem TIG (GTAW)

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Soldagem TIG (GTAW)

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Fim!!!

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