Soldadura MIG-MAG

SOLDADURA POR ARCO COM FIO CONTÍNUO COM PROTECÇÃO DE GÁS (G.M.A.W.) ou SEM PROTECÇÃO DE GÁS (FLUX ou SELF SHIELDED WIRE)

A. PREMISS

A soldadura com fio contínuo em atmosfera protectora, com frequência, é identificada com as abreviações M.I.G. (Metal Inert Gas) e M.A.G. (Metal Active Gas) ou, genericamente, com a sigla G.M.A.W. (Gas Metal Arc Welding). A soldadura com fio contínuo é um processo no qual o calor necessário para a execução da soldadura é fornecido por um arco eléctrico mantido entre a peça a soldar e o fio-eléctrodo. A área de soldadura é alimentada constantemente com o material de adição, o fio eléctrodo, graças a uma tocha apropriada, a qual permite de fazer afluir também o fluxo de gás, ou mistura de gás, com a finalidade de proteger o fio-eléctrodo, o banho fundido, o arco e as áreas circunstantes do material base contra a contaminação atmosférica . A presença do cilindro de gás (gás inerte, activo ou misturas) no circuito de soldadura, junto com a utilização de fios-

Eléctrodos cheios, identifica o processo de soldadura com protecção de gás (M.I.G. ou M.A.G.). A ausência do cilindro de gás no circuito de soldadura, junto com a utilização de fios-eléctrodos com alma, identifica o processo de soldadura sem protecção de gás(SELF SHIELDED WIRE, NO GAS ou FLUX); nesse caso a protecção gasosa é obtida graças à acção da alma que faz parte do fio.

 


B. O CIRCUITO DE SOLDADURA

O circuito de soldadura é composto essencialmente pelos elementos a seguir:

1. Gerador

2. Tocha com feixe de cabos

3. Dispositivo alimentador de fio

4. Conjunto de arrefecimento a água

5. Cilindro de gás com sistema de regulação

6. Borne com cabo de massa

 

 

 

1. Gerador

O gerador é um dispositivo que tem a tarefa de alimentar a área de soldadura com o material de adição, mediante a utilização de uma tocha apropriada, e manter aceso o arco eléctrico que se forma entre a peça a soldar e o fio-eléctrodo fusível. Ao contrário dos geradores de soldadura M.M.A. e T.I.G., nos quais está presente um único parâmetro de regulação (corrente de soldadura), nos geradores M.I.G.-M.A.G. estão presentes dois dispositivos de regulação, um que regula a intensidade do arco eléctrico (tensão de soldadura), o outro que regula a velocidade de adição do fio de soldadura (corrente de soldadura).

As tipologias de geradores estão em duas categorias:

 

a) gerador em corrente contínua DC (direct current)

Os geradores em corrente contínua são os mais difundidos e são caracterizados por uma estabilidade elevada; isso porque se baseia no facto que um arco eléctrico alimentado com tensão constante e gerado sobre um fio que é adicionado em velocidade constante tende a estabilizar-se naturalmente. Os parâmetros da tensão e da velocidade do fio podem ser seleccionados com uma certa tolerância devido à flexibilidade do processo. Dessa maneira pode-se obter a transferências das gotas, do material de adição ao material a soldar, seja com o processo por imersão short-arc seja com o processo com pistola spray-arc.

b) geradores em corrente pulsada

Neste caso a grandeza regulada no gerador não é mais a tensão, mas a corrente, que não é mantida constante mas é modulada com um trem de pulsos (daqui o nome "pulsado"). Os pulsos têm a finalidade de forçar o desprendimento da gota do material de adição; nesse caso não há uma estabilização natural do arco, então pulsos e velocidade do fio devem ser bem sincronizados para obter uma soldadura aceitável.
Tanto no primeiro como no segundo caso, a regulação é confiada a pelo menos dois manípulos; pesquisas recentes no sector permitiram de desenvolver e comercializar aparelhos de soldar do tipo “sinérgico”, nos quais age somente em um manípulo de controlo.
No gerador, de facto, são gravados pelo fabricante os parâmetros excelentes de soldadura que podem ser abertos e/ou corrigidos pelo operador, em função das necessidades do trabalho a executar.

A conexão diferente dos pólos da fonte de soldadura ao material a soldar identifica duas modalidades de funcionamento:

i) corrente contínua com polaridade directa  
Com a polaridade directa a tocha é ligada ao pólo negativo e o material a soldar ao pólo positivo da fonte fornecedora; esse tipo de conexão é utilizado somente na soldadura com fios com alma (FLUX).

ii) corrente contínua com polaridade inversa 
A soldadura com esta modalidade pode ocorrer ligando a tocha ao pólo positivo da fonte e a peça a soldar ao pólo negativo da máquina fornecedora; é a ligação utilizada com mais frequência.

2. Tocha com feixe de cabos

A tocha, que permite de transferir o metal de adição à área de soldadura, tem o corpo isolado externamente, para além disso permite a passagem do fio-eléctroco, do gás e da corrente.

A pega da tocha contém um botão de comando dedicado à ligação da corrente, ao vazamento de gás e ao avanço do fio-eléctrodo. O feixe de cabos é composto por um condutor de corrente, da água de arrefecimento e também do revestimento do alimentador de fio. No comércio existem vários tipos de tochas ou pistolas de soldadura.

As tochas arrefecidas a água são usadas quando as intensidades de corrente utilizadas são de forma a gerar grande quantidade de energia térmica; devem ser utilizadas para correntes de trabalhos acima de 300 A ou no caso de correntes pulsadas. As tochas auto-arrefecidas são resfriadas pelo gás de protecção e são utilizadas quando as correntes de trabalho são inferiores a 300 A; sua utilização é muito difundida.

Também as tochas tipo pescoço de cisne são resfriadas pelo gás de protecção e são usadas para aplicações de baixa intensidade de corrente (transferência por imersão - short-arc).

3. Dispositivo alimentador de fio

O alimentador de fio é um aparelho accionado por um motor cuja função é a de empurrar o fio-eléctrodo, antes envolvido em uma bobina, na direcção da tocha e depois para a área de soldadura. A escolha do valor da velocidade de avanço do fio é efectuada agindo no dispositivo de regulação do motor; uma dada velocidade de avanço implica uma determinada velocidade de fusão, portanto, um valor definido da corrente de soldadura. Um elemento distintivo de um alimentador de fio é o número de rolos dedicados ao avanço do fio; aparelhos com 4 rolos permitem a obtenção de uma regularidade maior de avanço do fio em relação a aparelhos com 2 rolos.

4. Conjunto de arrefecimento a água

O conjunto de arrefecimento a água é um dispositivo utilizado para o arrefecimento da tocha, se a mesma for resfriada a água, no caso em que as elevadas correntes de soldadura em jogo provoquem sobreaquecimentos excessivos. Através de uma bomba, permite a circulação contínua da água na tocha e, mediante um sistema de arrefecimento, controla o seu sobreaquecimento.

 

5. Cilindro de gás com sistema de regulação

O cilindro contém o/s gás/es de protecção como Argónio, Hélio, Anidrido Carbónico e suas misturas, e é equipado com um manómetro com anexo um redutor de pressão, utilizado para indicar a quantidade de gás no interior do cilindro assim como de uma electroválvula, comandada por um botão situado na tocha, que abre e fecha o fluxo de gás segundo quando inicia ou termina a soldadura.  

6. Borne com cabo de massa

A pinça com cabo de massa permite a ligação eléctrica entre o gerador de corrente e o material base a soldar. O cabo deve ter uma secção e um comprimento em função da amperagem máxima da fonte de soldadura.

 


C. OS GASES DE PROTECÇÃO

Os gases de protecção utilizados nos processos de soldadura M.I.G.-M.A.G. são essencialmente de duas categorias: inertes e activos. À primeira categoria pertencem o argónio, o hélio e as misturas argónio-hélio enquanto são definidos activos os gases tais como anidrido carbónico, as misturas de argónio com oxigénio ou anidrido carbónico.
O Argónio (Ar) é um gás inerte, produzido da destilação fraccionada da atmosfera. É um gás extraído do ar, portanto, pode conter vestígios de impurezas como oxigénio, nitrogénio ou vapor de água; de qualquer maneira consta ser apropriado para quase todas as aplicações em soldadura.
A utilização deste gás nas aplicações M.A.G. permite de ter uma boa estabilidade do arco e uma ignição fácil. Para além disso, considerada a baixa condutividade térmica, a parte central da coluna do arco se mantém em temperaturas elevadas deixando mais fluidas as gotas de material que transitam na área do arco.
O Hélio (He) é um gás inerte, até mesmo raro, raramente presente na atmosfera e retirado do subsolo: consequentemente é muito mais caro do que o argónio.
As características do hélio, comparadas com as do argónio, têm uma menor estabilidade do arco mas uma penetração maior; sua utilização é preponderante no caso de soldaduras em espessuras grossas e nos materiais de alta condutividade térmica como, por exemplo, o cobre e o alumínio.
Como o hélio, ao contrário do argónio, é menos pesado do que o ar, portanto, é mais volátil, é necessária uma quantidade maior de gás para garantir a protecção certa na área relativa à soldadura.
O Anidrido Carbónico (CO2) é um gás activo, está presente no ar e no subsolo. O problema mais difundido causado por esse tipo de protecção é o de provocar a formação de borrifos excessivos e o desencadeamento de um arco instável; a manutenção de um arco de preferência curto e com comprimento constante permite de qualquer forma de ter um bom controlo dele. Com a protecção em CO2 geralmente são obtidos bons desempenhos.
Misturas activas. Podem ser aproveitadas também as qualidades de cada gás, utilizando como protecção gasosa uma sua mistura como, por exemplo, Argónio-Oxigénio, Argónio-Oxigénio-CO2, Argónio-CO2.
Apesar dos gases inertes no estado puro serem capazes de desenvolver a própria acção protectora em qualquer temperatura, a adição de gases activos melhora a estabilidade de arco e a transferência do metal do fio-eléctrodo ao banho. Isso ocorre sem prejudicar a acção protectora.

D. OS FIOS DE SOLDADURA

Os fios podem ser distintos segundo sua composição química assim como a morfologia de sua secção que pode ser constituída apenas por metal (fios cheios) ou apresentar uma alma interna que contêm grãos (fios com alma).

Deve ser prestada atenção especial quanto à presença, na superfície do fio-eléctrodo, de graxas ou humidade, pois essas condições poderão provocar fissuras, porosidade e insuflações. Além do mais, uma bobinagem não homogénea do fio-eléctrodo poderá ser a causa de um avanço não uniforme do fio-eléctrodo, provocando instabilidade na soldadura.

Os fios cheios geralmente têm a mesma composição do material base, com a adição de elementos que podem ajudar na limpeza do material base. Os diâmetros de uso comum são 0,6 - 0,8 - 0,9 - 1 - 1,2 - 1,6 mm.
Os fios com alma, com protecção gasosa, não são constituídos por metal maciço mas internamente são enchidos com pó granular (fluxo); esta tem as mesmas funções do revestimento dos eléctrodos revestidos.
O pó granulado ou fluxo pode ter carácter rútilo, básico ou pode ser de tipo especial.
Os fios com alma, em relação aos fios cheios, têm mais estabilidade do arco e penetrações mais profundas, garantem uma estética melhor da junta, eliminando em muitos casos os trabalhos de acabamento (ex. esmerilagem dos borrifos) e reduzindo o perigo da formação de defeitos tais como a porosidade; naturalmente a utilização de fios com alma exige a remoção da escória, como para a soldadura com eléctrodo M.M.A.
Os diâmetros de uso comum são 0,6 - 0,8 - 0,9 - 1,2 - 1,6 mm.

E. O METAL DE ADIÇÃO: MODO DE TRANSFERÊNCIA

No processo de soldadura M.I.G.-M.A.G. os modos de transferência do metal de adição do fio-eléctrodo (cheio ou com alma) ao banho de fusão dependem, para além dos parâmetros eléctricos de soldadura, também do diâmetro do fio, do tipo de gerador utilizado e do gás aplicado. Segundo esses parâmetros a transferência das gotas pode ocorrer com:
1. Transferência por imersão (short-arc, dip-transfer ou em curto-circuito)
2. Transferência com pistola (spray-arc)
3. Transferência por pulsos ou com arco pulsado (pulsed-arc)

1. transferência por imersão (short-arc, dip-transfer ou em curto-circuito)
O metal de adição se transfere no banho de fusão sob forma de gotas que mergulham no próprio banho, criando curto-circuitos contínuos. Essa transferência short-arc é caracterizada pela presença de intensidade de correntes até 200 A, pela utilização de fios cheios finos de 0,6 mm até 1,2 mm, deixando assim possível a soldadura de pequenas espessuras e a soldadura em todas as posições. É obtida com geradores em corrente contínua.

2. transferência com pistola (spray-arc)
Esse modo prevê que as gotas de material de adição não sejam transferidas por contacto ao banho de fusão, mas por efeito da elevada corrente, sejam borrifadas no próprio banho, criando um fluxo contínuo de material. Essa característica é obtida com geradores em corrente contínua quando as correntes em jogo são elevadas, acima de 200 A, e os fios são de diâmetro acima de 1 mm. É gerado um banho de fusão muito fluido e de penetração considerável, adequado à soldadura na posição plana, sobretudo em espessuras médias e grossas.

3. transferência por pulsos ou com arco pulsado (pulsed-arc)
Esse processo pode ser realizado somente com geradores em corrente pulsada. As pulsações, de facto, causam o desprendimento de gotas de pequenas dimensões e, portanto, permitem de obter a característica do arco spray (spray arc) também com correntes baixas. A adição térmica, as dimensões do banho e a penetração são muito semelhantes ao modo spray-arc. Esse processo tem grande aplicação nos materiais como o alumínio ou o aço inoxidável, onde o processo short arc não garante resultados em soldadura qualitativamente suficientes.


F. SOLDADURA DOS MATERIAIS EM M.I.G.-M.A.G. 

1. Aços maleáveis, de carbono
Os aços de carbono são soldados em corrente contínua com polaridade inversa (fio-eléctrodo ligado ao pólo positivo) aplicando exclusivamente o processo de soldadura M.A.G. As aplicações vão da utilização apenas de CO2 , às misturas Ar-CO2 em várias percentagens (a mais difundida é 80% Argónio, 20% CO2 ). Quanto maior é o percentual de Argónio presente na mistura, melhores são as características e a estabilidade do arco. As características da soldadura são muito boas, sobretudo em short-arc onde são realizados banhos de soldadura consistentes que permitem aplicações em todas as posições. A utilização de fios com conteúdos de silício e manganés permitem de eliminar as impurezas presentes no material base e obter soldaduras de boa qualidade. É necessário preparar as junções com chanfro com espessuras acima de 3 mm.

2. Aços inoxidáveis

Os aços inoxidáveis são soldados em corrente contínua ou em corrente pulsada com polaridade inversa (fio-eléctrodo ligado ao pólo positivo) aplicando exclusivamente o processo de soldadura M.A.G. O gás de protecção utilizado deve ser composto por misturas Ar + CO2 ou Ar + O. O percentual de Argónio não deve de qualquer forma ser inferior a 98% da mistura para evitar uma forte oxidação do cromo presente no material base. As espessuras das junções para além de 2,5 mm devem ser aparadas. O material de adição deve ser especificamente apropriado à qualidade do aço inoxidável que irá ser soldado. Para a execução de uma boa soldadura é recomendável a esmerilagem dos pontos.






3. Alumínio e suas ligas
O alumínio e suas ligas são soldadas em corrente contínua ou em corrente pulsada com polaridade inversa (fio-eléctrodo ligado ao pólo positivo) aplicando o processo M.I.G. O gás de protecção utilizado geralmente é o Argónio puro. Podem também ser utilizados Hélio puro ou mistura Ar + He. Para a soldadura no plano, independentemente da espessura, é utilizada a técnica spray-arc ou/e pulsed-arc; por outro lado é utilizada a técnica short-arc na soldadura de espessuras finas em posições vertical e em ângulo. Consideradas as características do alumínio, é recomendável, ao invés da esmerilagem, a fresagem dos próprios pontos.

4. Outros materiais
O processo de soldadura M.I.G.-M.A.G. é utilizado também em materiais tais como o níquel e suas ligas, o cobre e suas ligas; para todos estes se utiliza corrente contínua com polaridade inversa. Com relação à soldadura do cobre em espessuras acima de 5 mm é recomendável a utilização do processo M.I.G., considerando de qualquer forma que as intensidades de corrente devem ser reguladas segundo a posição de soldadura e a espessura das junções.