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Processo de Soldagem GMAW
CENTRO UNIVERSITRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS - UNILESTEMG
Prof. Reginaldo Pinto Barbosa
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GMAW - Gas Metal Arc Welding
O arco eltrico estabelecido entre a pea e um consumvel na forma
de arame. O arco funde continuamente o arame medida que este
alimentado poa de fuso. O metal de solda protegido da atmosfera
pelo fluxo de um gs (ou mistura de gases) inerte ou ativo.
* A soldagem ao arco eltrico com gs de proteo (GMAW), tambm
conhecida como soldagem MIG/MAG:
- MIG Metal Inert Gas
- MAG Metal Active Gas
Processo GMAW
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Processo GMAW
Gs de proteo Alimentador de arame
Fonte de energia
Tocha com cabo
Bocal
Bico de contato
Solda
Gs de proteo
Poa de fuso(metal liquido)
Condute(espiral) dearame
Tubo de gsde proteo
Cabo decontrole
Cabo decorrente
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A soldagem GMAW pode ser usada em materiais numa ampla faixa de
espessuras, tanto em ferrosos como em no ferrosos. Materiais com
espessura acima de 0,76 mm podem ser soldados praticamente em todas
as posies.
O dimetro dos eletrodos usados varia entre 0,8 a 3,2 mm.
O processo MAG utilizado apenas na soldagem de materiais
ferrosos, enquanto a soldagem MIG pode ser usada tanto na soldagem
de ferrosos quanto no ferrosos, como alumnio, cobre, magnsio, nquel
e suas ligas.
* A soldagem MIG/ MAG usada em fabricao e manuteno de
equipamentos e peas metlicas, na recuperao de peas desgastadas e no
recobrimento de superfcies metlicas com materiais especiais.
Processo GMAW
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Vantagens e limitaes
* A soldagem pode ser executada em todas as posies;
* No h necessidade de remoo de escria;
* Alta taxa de deposio do metal de solda;
* Tempo total de execuo de soldas de cerca da metade do tempo se
comparado ao eletrodo revestido;
* Altas velocidades de soldagem; menos distoro das peas;
* No h perdas de pontas como no eletrodo revestido.
* Maior custo de equipamento.
* Maior necessidade de manuteno dos equipamentos.
* Menor variedade de consumveis.
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Modos de transferncia do metal
* Utiliza arames de dimetros na faixa de 0,8 a 1,2 mm,
* Aplica-se pequenos comprimentos de arco (baixas tenses) e
baixas correntes de soldagem, sendo por isto um processo de energia
relativamente baixa,
* Seu uso restrito para espessuras maiores.
* Quando o arame toca a poa de fuso, a corrente comea a aumentar
para uma corrente de curto-circuito. Quando esse valor alto de
corrente atingido, o metal transferido.
* Caracteriza-se por uma grande instabilidade do arco, podendo
apresentar a formao intensa de respingos.
* Transferncia por curto circuito
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Modos de transferncia do metal
* Transferncia globular
* Utiliza corrente e tenso de soldagem superiores ao mximo
recomendado para o curto circuito.
* O metal se transfere para a poa como glbulos, cujo dimetro
mdio varia com a corrente e usualmente as gotas de metal fundido tm
dimetro maior que o do prprio arame.
* Os glbulos se transferem para a poa sem muita direo e o
aparecimento de respingos relativamente elevado
* As gotas se transferem principalmente pela ao da gravidade, o
que limita seu uso posio plana.
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Modos de transferncia do metal
* Transferncia por spray
Ocorre com valores de corrente superiores corrente de transio
(corrente acima da qual ocorre a mudana do modo globular para
spray).
Neste modo, as gotas de metal so extremamente pequenas e seu
nmero bastante elevado.
Tcnica de soldagem geralmente empregada para unir materiais de
espessura 2,4 mm ou superiores.
* Produz altas taxas de deposio e uma poa muito volumosa que
limita o processo posio plana.
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Modos de transferncia do metal
* Transferncia por arco pulsante
* Ocorre pela pulsao da corrente de soldagem em dois patamares,
um inferior corrente de transio (conhecido como corrente de base),
e outro superior a esta (corrente de pico).
* No perodo de tempo em que a corrente baixa, uma gota se forma
e cresce na ponta do eletrodo e transferida quando o valor da
corrente elevado.
* transferido uma gota a cada pulso de corrente alta e a
freqncia fica entre 60 a 120 pulos por segundo.
* A corrente mdia mais baixa permite soldar peas de pequena
espessura com transferncia em spray usando maiores dimetros dearame
que nos outros modos.
* Pode ser empregada na soldagem fora de posio de peas de
grandes espessuras.
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Modos de transferncia do metal
* Transferncia por arco pulsante
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Equipamentos
* Constituem basicamente da tocha de soldagem e acessrios, fonte
de energia e sistema de alimentao do arame.
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Equipamento
* Tochas de soldagem e acessrios
A tocha de soldagem consiste basicamente de um bico de contato,
que faz a energizao do arame-eletrodo, de um bocal que orienta o
fluxo de gs protetor e de um gatilho de acionamento do sistema.
O bico de contato fabricado de cobre e utilizado para conduzir a
energia de soldagem at o arame bem como dirigir o arame at a pea.
Seu dimetro interno ligeiramente superior ao dimetro do
arame-eletrodo.
* O bocal feito de Cobre ou material cermico e deve ter um
dimetro compatvel com a corrente de soldagem e o fluxo de gs a ser
utilizado numa dada aplicao.
* O gatilho de acionamento movimenta um contator que est ligado
ao primrio do transformador da mquina de solda, energizando o
circuito de soldagem, alm de acionar o alimentador de arame e uma
vlvula solenide, que comanda o fluxo de gs protetor para a
tocha.
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Equipamento
* Tochas de soldagem e acessrios
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Equipamento
* Alimentador de arame
O alimentador de arame normalmente utilizado, acionado por um
motor de corrente contnua e fornece arame a uma velocidade
constante ajustvel numa ampla faixa.
No existe qualquer ligao entre o alimentador e a fonte de
energia, entretanto ajustando-se a velocidade de alimentao de
arame, ajusta-se a corrente de soldagem fornecida pela mquina,
devido as caractersticas da fonte e do processo.
* O arame passado entre um conjunto de roletes chamados de
roletes de alimentao que podem estar prximos ou longe da tocha de
soldagem.
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Equipamento
* Fonte de soldagem
Para garantia da estabilidade do processo: velocidade de consumo
(de
fuso) do eletrodo velocidade de alimentao deste.
Na soldagem GMAW, existem duas formas de se conseguir este
objetivo:
permitir que o equipamento controle a velocidade de alimentao de
modo a igual-la velocidade de fuso;
manter a velocidade de alimentao constante e permitir variaes
nos parmetros de soldagem de modo a manter a velocidade de consumo,
aproximadamente constante e, em mdia, igual velocidade de
alimentao.
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Equipamento
* Fonte de soldagem
No primeiro caso trabalha-se com uma fonte do tipo corrente
constante.
Trabalha-se com velocidade de fuso (Vf) aproximadamente
constante, com um alimentador de arame com velocidade de alimentao
(Va) varivel, controlada pelo equipamento, de forma a manter o
comprimento do arco estvel.
Este controle feito pela comparao da tenso do arco, a cada
instante, com um valor de referncia, e pela alterao da velocidade
de alimentao do arame de forma a compensar diferenas observadas
entre a tenso real no arco e a tenso de referncia.
U
I
Tenso de soldagem (U1) e corrente de soldagem (I1)
Tenso de referncia (UR)
U1 > UR Vf maior, logo, Vaaumenta.
Logo, comprimento do arco
restabelecido.
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Equipamento
* Fonte de soldagem
No segundo caso utiliza-se uma fonte do tipo tenso constante e
um alimentador de arame com velocidade de alimentao constante.
Variaes no comprimento do arco, sempre acompanhadas de variaes
na tenso deste, tendem a causar grandes variaes na corrente de
soldagem de forma que, se em um dado instante o arco tornar-se
maior que o valor de equilbrio, a corrente de soldagem ser
reduzida, de modo que a velocidade de consumo cai.
Tenso de soldagem (U1) e corrente de soldagem (I1)
U1 > U2 I1 < I2 , logo, Vfdiminui.
Logo, comprimento do arco
restabelecido
U
I
Tenso de soldagem (U2) e corrente de soldagem (I2)
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Arames para soldagem
Um dos mais importantes fatores a considerar na soldagem MIG/MAG
a seleo correta do arame de solda.
Basicamente existem cinco fatores principais que influenciam a
escolha do arame para a soldagem MIG/MAG:
a composio qumica do metal de base;
as propriedades mecnicas do metal de base;
o gs de proteo empregado;
o tipo de servio ou os requisitos da especificao aplicvel;
o tipo de projeto de junta.
Arames de ao carbono geralmente recebem uma camada superficial
de cobre com o objetivo de melhorar seu acabamento superficial e
seu contato eltrico com o bico de cobre.
Os arames de ao usados na soldagem MAG contm maiores teores de
Si e Mn em sua composio devido sua ao desoxidante.
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Arames para soldagem
Os dimetros de arames comumente utilizados no processo GMAW
variam de 0,8 a 1,6 mm. Contudo, arames mais finos (0,5 mm) ou mais
grossos (3,2 mm) podem ser utilizados.
Em geral, quando menor o dimetro do arame, maior o preo por
quilo do arame.
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Arames para soldagem
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Gases de proteo
O ar atmosfrico expulso da regio de soldagem por um gs de proteo
com o objetivo de evitar a contaminao da poa de fuso.
O oxignio em excesso no ao combina-se com o carbono e forma o
monxido de carbono (CO), que pode ser aprisionado no metal,
causando porosidade. Alm disso, o oxignio em excesso pode se
combinar com outros elementos no ao e formar compostos que produzem
incluses no metal de solda.
O nitrognio no ao solidificado reduz a ductilidade e a
tenacidade da solda e pode causar fissurao. Em grandes quantidades
o nitrognio pode causar tambm porosidade.
Os gases de proteo utilizados em soldagem MIG MAG podem ser
inertes, ativos ou misturas destes dois tipos.
Os gases inertes puros so utilizados principalmente na soldagem
de metais no ferrosos, principalmente os mais reativos como
Alumnio, Titnio e Magnsio.
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Gases de proteo
As misturas de gases inertes ou inertes com ativos, em
diferentes propores, permitem a soldagem com melhor estabilidade de
arco e transferncia de metal em certas aplicaes.
Nitrognio e misturas com Nitrognio, so utilizados na soldagem de
Cobre e suas ligas.
De um modo geral, com a utilizao de Hlio e CO2 obtm-se maiores
quedas de tenso e maior quantidade de calor gerado no arco de
soldagem para uma mesma corrente e comprimento de arco, em relao ao
Argnio, devido a maior condutividade trmica destes gases.
Em geral, misturas contendo He so utilizadas em peas de maior
espessura.
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Gases de proteo
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Comportamento da atmosfera ativa na soldagem MAG
Na elevada temperatura do arco, o CO2 se decompe em monxido de
Carbono (CO) e Oxignio (O2).
CO2 CO + O2
O O2 livre oxida o ferro do metal de base dando FeO.
Fe + O2 FeO
O FeO reage com o carbono da poa de fuso liberando monxido de
carbono (gs).
FeO + C Fe + CO.
Pode ocorrer que no haja tempo para a sada do monxido de carbono
(CO), da poa de fuso, o que pode vir a provocar porosidades no
cordo de solda.
Em temperaturas mais baixas, parte deste CO se decompe em
Carbono e Oxignio.
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Comportamento da atmosfera ativa na soldagem MAG
O problema resolvido mediante a adio de elementos desoxidantes
nos arames para soldage com CO2 tal como o mangans e o silcio.
O mangans reage com o xido de ferro, dando origem ao xido de
mangans, o qual, no sendo gs, vai para a escria.
FeO + Mn Fe + MnO
O mangans, porm, deve ser adicionado em quantidade compatvel com
o FeO formado.
Mangans em excesso far com que parte dele se incorpore solda,
implicando em maior dureza da zona fundida da solda e, portanto, em
maior probabilidade de ocorrncia de trincas.
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Tcnica operatria
A habilidade manual requerida para o soldador no processo MIG
MAG menor do que a necessria para a soldagem com eletrodos
revestidos, uma vez que a alimentao do arame mecanizada.
A otimizao de parmetros mais difcil de ser feita devido ao maior
nmero de variveis existentes neste processo.
A abertura do arco se d por toque do eletrodo na pea.
Como a alimentao mecanizada, o incio da soldagem feita
aproximando-se a tocha pea e acionando o gatilho. Neste instante
iniciado o fluxo de gs protetor, a alimentao do arame e a energizao
do circuito de soldagem.
Depois da formao da poa de fuso, a tocha deve ser deslocada ao
longo da junta, com uma velocidade uniforme. Movimentos de
tecimentodo cordo devem ser executados quando necessrios.
Ao final da operao simplesmente se solta o gatilho da tocha que
interromper automaticamente a corrente de soldagem, a alimentao do
arame e o fluxo de gs, extinguindo com isto, o arco de
soldagem.
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Variveis operacionais
O processo de soldagem MIG MAG utiliza normalmente corrente
contnua e polaridade inversa (eletrodo positivo), que o tipo de
corrente que apresenta melhor penetrao e estabilidade de arco.
Polaridade direta pode eventualmente ser utilizada para aumentar
a velocidade de deposio, quando no for necessria grande penetrao
(revestimentos), porm causa grande instabilidade de arco.
A corrente alternada no normalmente utilizada em MIG MAG.
A escolha da corrente de soldagem feita em funo da espessura das
peas a unir, do dimetro do eletrodo e das caractersticas desejadas
para o cordo de solda.
A tenso de soldagem afeta o modo de transferncia de metal e a
geometria do cordo de solda. As tenses de soldagem so normalmente
empregadas na faixa de 15 a 32 V .
A tenso de soldagem deve ser determinada ou otimizada de
acordocom a corrente de soldagem e o gs de proteo para cada passe
de soldagem em particular.
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Variveis operacionais
O stickout definido como a distncia entre a extremidade do bico
de contato da tocha de soldagem at a extremidade do arame em
contato com o arco eltrico.
Quanto maior for esta distncia, maior ser o aquecimento do arame
por efeito joule e, portanto, menor a corrente necessria para
fundir o arame, mantida constante a velocidade de alimentao ou,
inversamente, para uma mesma corrente de soldagem, maior a taxa de
deposio.
A vazo de gs protetor deve ser tal que proporcione boas condies
de proteo. Em geral, quando maior a corrente de soldagem, maior a
rea da poa de fuso e, portanto, maior a rea a proteger e maior a
vazo necessria.
Vazes reduzidas podem levar ao aparecimento de porosidades e
outros problemas associados falta de proteo.
A velocidade de soldagem influencia na energia de soldagem e,
portanto, na quantidade de calor cedida pea.
