Soldagem UFU TIG

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SOLDAGEM TIG

Prof. Valtair Antonio Ferraresi

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SOLDAGEM TIG

A soldagem com eletrodo não consumível de tungstênio e proteção

gasosa (GAS TUNGSTEN ARC WELDING – GTAW (EUA) ou

TUNGSTEN IONERT GAS – TIG (EUROPA) ) é um processo no qual a

união de peças metálicas é produzida pelo aquecimento e fusão desta

através de um arco elétrico estabelecido entre a peça e o eletrodo, não

consumível, de tungstênio. A proteção gasosa serve para estabilizar o arco

elétrico e a poça de fusão.

A adição de metal de enchimento pode ser

ou não feita.

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Característica do Processo:

A proteção do eletrodo e da poça de fusão contra a oxidação do ar é feita por

um gás inerte, geralmente argônio, hélio ou uma mistura destes;

SOLDAGEM TIG

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Vantagens

Este processo possui excelente controle do calor cedido à peça, devido ao

controle independente da fonte de calor e da adição de metal;

Possibilita a soldagem sem a

adição de metal (chapas finas);

Não existem reação metal-gás

e metal-escória, sem grande

geração de fumos, o que permite

ótima visibilidade para o soldador;

Possui um arco elétrico suave,

produzindo soldas com boa

aparência e acabamento, exigindo

pouco ou nenhuma limpeza após a

operação;

SOLDAGEM TIG

- Permite um controle preciso das variáveis de soldagem;

- A operação do processo pode ser manual ou mecanizada/automatizada.

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LIMITAÇÕES

A taxa de deposição é menor que em processo com eletrodo

consumível (para uma dada corrente);

É menos econômico para espessuras maiores que 10 mm;

Exige mais destreza do soldador para soldagem manual;

Dificuldade em manter a proteção gasosa em trabalhos de campo.

SOLDAGEM TIG

Aplicações

É aplicado à maioria dos metais e suas ligas, numa ampla faixa

de espessura (incluindo soldas dissimilares);.

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Equipamentos:

Fonte de energia (CA ou CC), cabos, tocha, eletrodo de tungstênio,

fonte de gás de proteção com regulador de vazão, ferramentas e material de

proteção. Para a abertura de arco em CA - ignitor de alta freqüência.

SOLDAGEM TIG

4

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SOLDAGEM TIG

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Fontes de energia

As fontes de energia podem apresentar diversas variações em termos

do projeto, capacidade e características operacionais.

Característica estática da fonte - Fonte de Corrente Constante

Ten

são (

V)

Corrente (A)

CEF

(a)

I1 I2

Ten

são

(V

)

Corrente (A)

(b)

CEF

a„a0 a“

a„

a0

I0 I‟ I”

a“

5

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Fontes de energia

5 – 700A Welding Range

500A @ 40V, 100% Duty Cycle

Amperage Range = 5-300 amps

Duty Cycle = 40% @ 250A/30V

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VARIÁVEIS DO PROCESSO

Comprimento de arco (voltagem);

Corrente;

Velocidade de soldagem;

gás de proteção;

tipo, diâmetro e ângulo da ponta do eletrodo;

alimentação do material de adição.

VARIÁVEIS DO PROCESSO TIG

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A faixa de ajuste de corrente (dependendo da capacidade da fonte)

(~ 20A a 400A.

Fontes de energia com controle eletrônico podem fornecer corrente

contínua, alternada, alternada com onda retangular e pulsada.

CORRENTE DE SOLDAGEM

Corr

en

te o

u t

ensã

o

Tempo

+

_

Tempo

+

_

Tempo

+

_

Tempo

+

_

Corr

en

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oC

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en

te o

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en

são

Co

rren

te o

u t

en

são

(a) (b)

(c) (d)

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Corrente de soldagem

7

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Cátodo (-)

Ânodo (+)

Metal de base

Eletrodo

elétron

íon

Fonte Fluxo de elétrons do eletrodo para o metal de

base - fenômeno denominado “Emissão

Termiônica”, que demanda pouca energia

(baixa tensão, para uma dada corrente) e,

conseqüentemente, aquece pouco o

eletrodo. Esse tipo de corrente e polaridade

se aplica para a soldagem de aços ao

carbono, de baixa liga e de aços inoxidáveis.

A Emissão Termiônica (Também denominada de Emissão por Cátodos

Quentes) acontece a altas temperaturas em alguns materiais de alto

ponto de fusão e refratários, que passam a emitir espontaneamente

elétrons.

CORRENTE CONTÍNUA CC-

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CORRENTE CONTÍNUA CC+

EM CC + o arco elétrico é menos estável que com a corrente CC – e

normalmente utilizado em chapas finas;

É aplicado em situações em que se deseja pouca penetração e

eficiente remoção de óxidos da superfície da chapa soldada.

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tempo

Corr

ente

Corrente Pulsada

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Corrente contínua pulsada, CP é usada em baixa freqüência (2 a 10 Hz) para tentar

controlar a poça de fusão.

O cordão assume um bom aspecto, com estrias finas e regularmente espaçadas,

diminui a susceptibilidade à formação de trincas de solidificação.

A pulsação em alta-freqüência tem por objetivo enrijecer o arco, tornando-se uma

importante ferramenta para soldagens com níveis de corrente muito baixos

CORRENTE PULSADA

9

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CORRENTE ALTERNADA

Utilizada em solda de alumínio, magnésio e suas ligas.

Em CA – deve ter uma defasagem

de 90º para não haver a extinção

do arco. Mesmo assim, ocorre uma

instabilidade do arco – Utilizar um

sinal de alta tensão e alta

freqüência continuamente.

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CORRENTE ALTERNADA ONDA QUADRADA

Com o advento de novas tecnologia na área da

eletrônica foi possível a construção de máquinas

eletrônicas que geram corrente alternada com

onda retangular, eliminando a necessidade da

sobreposição de sinal de alta tensão e alta

freqüência.

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CORRENTE ALTERNADA

Eletrodo

elétron

íon

Ânodo (+)

Metal de base

Camada de óxido

Cátodo (-)

Fonte

Teorias - “Emissão por Campo”, também

conhecida como “Emissão por Cátodo

Frio”, é a de que por sobre a poça se

forma uma camada muito fina de óxido (1

a 10 mícron), a qual libera elétrons

facilmente, tornando-se carregada

positivamente.

Por alguma razão, elétrons se concentram

sob esta camada de óxido (de cerca de 1

nm de diâmetro), criando um elevado

gradiente elétrico (estimado em 109 V/m).

Estes elétrons adentram à camada de

óxido, gerando alta temperatura.

O calor liberado nesses pontos é

suficiente para fundir e evaporar

localmente a camada de óxido nessa

região (limpando o óxido).

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Abertura de arco

Não é recomendado acender o arco por contato eletrodo peça

(contaminação).

Existiam basicamente 3 formas de acendimento:

Alta freqüência Arco piloto Alta tensão

3kV a 5 KHz

Interferência

Arco entre o eletrodo e bocal

Complexo

10 kV

Risco de choque elétrico

Técnicas mais modernas Contato programado

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Técnicas tradicionais:

Arco-piloto: necessita de eletrodo e fonte de corrente secundários e é pouco usado.

Ignitor de alta freqüência: gera, superposto à corrente de soldagem um sinal de alta tenção e alta freqüência, com valores em torno de 3KV e 5KHz, que produz a ionização da coluna de gás entre o eletrodo e a peça, permitindo a abertura do arco com baixas tensões na fonte da soldagem. Apesar de ser de alta tensão, este sinal é de baixíssima potencia e não oferece perigo para o operador.

Dispositivos para abertura do arco:

Abertura de arco

Alta tensão: técnica utiliza apenas em sistemas automatizados, devido ao grande risco do operador sofrer um choque elétrico letal ao abrir o arco com uma tensão DC de 10KV.

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Abertura de arco

Técnicas modernas:

Contato programado - Rampa de corrente é apenas usada em fontes

eletrônicas e permite a abertura com o toque do eletrodo na peça, mas

com uma corrente inicial bem reduzida, insuficiente para permitir sua

fusão e transferência para a peça. Após a abertura, a corrente no arco é

elevada até o valor de operação selecionado.

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Manuais: eletrodo e cabo em ângulo de 90º a 120º;

com interruptor para acionar ignitor, corrente e vazão de gás;

Automáticas: retas para montagem em suportes posicionadores;

Refrigerada a água ou gás: o cabo de corrente geralmente é embutido no

conduite de refrigeração (tochas refrigeradas a água geralmente são mais

leves, mas são menos silenciosas).

Tipos de tocha

Bicos de contato e fixadores de eletrodos:

em pares (função do diâmetro do

eletrodo);

feitos de liga de cobre.

Bocais: diferentes formas e tamanhos;

função de direcionar o gás em

regime laminar;

os mais usados são os cerâmicos

(mais baratos porém quebradiços);

os de metal refrigerados a água

(para altas correntes, vida longa);

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TOCHA PARA SOLDAGEM TIG

Tocha TIG refrigerada pelo gás de proteção

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25Tocha TIG refrigerada a água


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Tipos de tocha

1 – Bocal; 2 – porta pinça, 3 – anél de vedação; 4, 5 e 6 – corpo da

tocha; 7 – pinça; 8 – capa de eletrodo curta; 9 – capa de eletrodo

longo; 13 – válvula; 23 – anel isolador.

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27Tocha TIG mecanizada


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Refrigeração da tocha

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Bocal

Objetivo - produzir um fluxo laminar do gás de

proteção.

Os aspectos mais importantes nos bocais são

suas dimensões e perfis. Os bocais devem

ser largos o suficiente para prover cobertura

da área de soldagem pelo gás e devem estar

de acordo com o volume e a densidade

necessária do gás no processo.

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Bocal

Os bocais são produzidos em diversos comprimentos, sendo que os

mais longos provêm um fluxo mais firme e menos turbulento.

Outro recurso utilizado na melhoria do fluxo são “gas lens”, que

asseguram um fluxo laminar do gás de proteção, através de sua

estrutura porosa que é fixada ao redor do eletrodo. Desta forma, elas

permitem ao operador trabalhar com a extremidade da tocha a uma

maior distância da peça, auxiliando na visualização e facilitando o

trabalho em locais de difícil acesso para a tocha, como cantos.

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Eletrodos

Apesar de não serem fundidos para fazer parte do cordão de solda, os

eletrodos utilizados na soldagem TIG sofrem desgaste, sendo, por isso,

enquadrados como consumíveis do processo . Fornecidas com 150 a 175

mm de comprimento de tungstênio puro ou com pequenas adições de

óxidos de tório (denominado tória), de zircônio (zircônia), de lantânio

(lantânia), de cério (céria), ou ainda de outras terras raras.

Designação

ANSI/AWS

A5.12

Composição

(impurezas totais 0,10 %) Cor de

identificaçãoAditivo Óxido tungstênio

EWTh-2 ThO2: 1,70 - 2,20 % Balanço Vermelha

EWLa-1.5 La2O3: 1,30 - 1,70 % Balanço Dourada

EWP 99,95 % Verde

EWLa-1 La2O3: 0,80 - 1,20 % Balanço Preta

EWZr-1 ZrO2: 0,15 - 0,40 % Balanço Marrom

EWCe-2 CeO2: 1,80 - 2,20 % Balanço Alaranjada

EWLa-2 La2O3: 1,80 - 2,20 % Balanço Azul

EWTh-1 ThO2: 0,80 - 1,20 % Balanço Amarela

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Eletrodos

Faixas de utilização de eletrodos no processo GTAW.

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Afiação do eletrodo - facilita a emissão de elétrons por Efeito Termiônico

(além da ponta facilitar o aquecimento por ter menos volume, há o efeito

emissivo das “pontas”) e por garantir um arco estável.

Uma forma de manter a ponta do eletrodo afiada durante a soldagem é

por meio da seleção correta do tipo de eletrodo.

Polaridade direta (eletrodo negativo), aplicadas em aços ao carbono e

inoxidáveis, os eletrodos dopados com tória, lantânia ou céria são

recomendados justamente pela capacidade de manter a ponta afiada em

ângulo. Facilita a abertura de arco e confere maior estabilidade à

soldagem.

Corrente alternada, aplicadas em alumínio e ligas similares, maior

aquecimento da ponta do eletrodo.

- Eletrodo de tungstênio puro, a ponta do eletrodo se funde,

ficando com uma forma abaulada. Apesar da perda de afiação é utilizado

em soldagem a plasma.

- Óxido de zircônio (zircônia), componente que, também por

facilitar a emissão termiônica, reduz a temperatura de trabalho do

eletrodo, mas sem conseguir evitar a fusão da ponta. São utilizados no

processo a plasma, porém são mais caros.

Eletrodos

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W puro

CA (180 A)

W com 2 % de ThO2

CA (180 A)

W com 1,5 % de La2O3

CA (215 A)

W puro

CA (180 A)

W com 2 % de ThO2

CA (180 A)

W com 1,5 % de La2O3

CA (215 A)

-Deve-se tomar cuidado ao se utilizar eletrodos torinados, lantanados ou

cerinados em soldagem a plasma CA, podem ter suas pontas danificadas.

Mas ao invés da fusão e do conseqüente abaulamento da ponta, ocorrem

explosões periódicas da ponta do eletrodo, tornando o arco instável e

lançando pedaços do eletrodo que podem contaminar o cordão.

Baixo nível CC Alto nível CC Preparado para CA Operando em CABaixo nível CC Alto nível CC Preparado para CA Operando em CA

Formatos de ponta utilizados para eletrodos de tungstênio

Eletrodos

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Eletrodos

36

Rotação do

disco abrasivo

Afiação correta

Marcas deixadas pela

afiação incorreta


afiação correta

Rotação do

disco abrasivo

Afiação correta


afiação incorreta


afiação correta Parafuso

de aperto

Pinça

Porta pinça

Angulador

Exemplos de afiador de eletrodo

Eletrodos

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Sistema de alimentação de arame

A alimentação do metal de adição pode ser feita de forma independente,

utilizando um sistema convencional de soldagem MIG/MAG ou um

equipamento específico para este caso.

O uso de “caneta alimentadora” permite ao soldador, através de um

reostato no próprio corpo da caneta, regular a velocidade com que o

arame é alimentado.

Os alimentadores de arame devem possibilitar uma alimentação

constante, em baixas velocidades (de 0 a 7 m/min) e com regulagem

(resolução) de pelo menos 0,05 m/min, características normalmente não

obtidas com alimentadores para MIG/MAG.

Caneta alimentadoraCaneta alimentadora

Alimentação de arames

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Pode ser manual ou contínua;

Se contínua necessita de guias;

Com varetas ou arames.

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Varetas Arames embobinados Varetas Arames embobinados


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Gases

Gases de proteção e purga;

Ar e He são os mais comuns;

He transfere mais calor (mais caro);

A vazão de He deve ser maior pois este é menos denso;

O He dificulta a abertura do arco.

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Técnicas de soldagem

Manual

Automática:

– Orbital

– Linear

– AVC

– Oscilação do arco:

» Mecânica

» Magnética

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Técnica para a

soldagem GTAW

manual com metal

de adição:

(a) Desenvolvimento

da poça de fusão,

(b) recuo da tocha,

(c) adição de

material,

(d) afastamento da

vareta e

(e) avanço da tocha

conduzindo a

poça de fusão.

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Os cabeçotes orbitais são utilizados na mecanização da soldagem de tubos e dutos em uma variedade de espessuras, em situações em que a qualidade da solda deve estar em conjunto com a produtividade. Dentre os diversos setores que os mesmos são empregados, pode-se citar: a indústria de extração e refino de petróleo, bem como transporte de seus derivados, a indústria aeroespacial, farmacêutica, nuclear e naval.

Orbital:


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Orbital:


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Orbital:


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Técnicas especiais

Arame quente

No processo de arame quente há um preaquecimento por resistência

elétrica. O arame é aquecido por uma fonte que opera em CA e fonte com

característica estática de tensão constante. A CA minimiza o efeito do

sopro magnético.

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Soldagem por Pontos

Técnicas especiais

Soldagem de filete Soldagem de arestaSoldagem de filete Soldagem de aresta

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TIG com dupla proteção: maior constrição do arco pelo fluxo externo;

TIG multieletrodo: possibilidade de maior produtividade;

A-TIG: aumento da produtividade por uso de fluxos ativos.

Técnicas especiais

TIG A-TIG

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PROBLEMAS OPERAIONAIS

O arco se apresenta errático ou não se mantém:

- O metal de base não foi convenientemente limpo;

- A junta é muito estreita e o arco oscila entre as faces do chanfro;

- O arco está muito longo;

- O eletrodo está contaminado;

- O eletrodo é de diâmetro muito grande para a corrente utilizada –

densidade de corrente muito pequena;

- O contato elétrico do eletrodo na tocha está defeituoso.

Contaminação do metal base pelo eletrodo:

- A ponta do eletrodo funde – corrente excessiva para a bitola ou

polaridade do eletrodo;

- Contato entre o eletrodo e a peça durante a soldagem ou durante a

abertura do arco (não está utilizando o sistema de abertura de arco de

forma correta).

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PROBLEMAS OPERAIONAIS

Desgaste muito rápido do eletrodo:

- Abertura do arco por contato;

- Falta de gás de proteção (eletrodo oxida) – manter o gás fluindo após

a extinção do arco (1seg para cada 10 A); aumentar a vazão de gás;

verificar fugas ou interrupção no gás;

- A bitola do eletrodo é pequena para a corrente empregada;

O metal de solda apresenta porosidade:

- Impureza no gás de proteção;

- Contaminação através das mangueira e/ou conexões;

- O metal de base não foi convenientemente limpo, ou existe umidade

no mesmo.

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Os principais tópicos a serem observados nos itens de segurança são:

1. Usar sistematicamente o equipamento de proteção individual;

2. Cuidados na manipulação de cilindros pressurizados;

3. Evitar a aspiração de Gases tóxicos associados ao processo (ozônio,

dióxido de nitrogênio, etc.), gases inertes de proteção ou fumos

metálicos;

4. Proteger-se da energia radiante, especialmente na pele e olhos

(cuidados especialmente com UV, inclusive refletido pelas paredes);

5. Proteger-se de choques elétricos.

6. Evitar a aspiração de partículas radioativas quando da preparação de

eletrodos com adição de Tório.

PRÁTICAS DE SEGURANÇA

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FIM

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