Soldadura TIG

A SOLDADURA POR ARCO em GÁS INERTE com ELÉCTRODO INFUSÍVEL DE TUNGSTÉNIO (T.I.G. Tungsten Inert Gas)

A. PREMISSA

A soldadura por arco em gás inerte com eléctrodo infusível de tungsténio (Tungsten Inert Gas) é um processo no qual o calor necessário para a execução da soldadura é fornecido por um arco eléctrico mantido entre um eléctrodo não consumível e a peça em processamento; o eléctrodo usado para conduzir a corrente é um eléctrodo de tungsténio ou de liga de tungsténio. A área de soldadura, o metal fundido e o eléctrodo não consumível são protegidos pela influência dos agentes atmosféricos graças ao gás inerte alimentado mediante a tocha porta-eléctrodo. A soldadura com processo TIG pode ocorrer com a adição de outro material (vareta de material de adição) ou mediante a fusão do material base por efeito do calor produzido pelo arco eléctrico.

 




B. O CIRCUITO DE SOLDADURA

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

1. Gerador de corrente

2. Tocha porta-eléctrodo de tungsténio com feixe de cabos

3. Vareta de material de adição

4. Cilindro de gás com circuito de pressão

5. Pinça com cabo de massa

6. Conjunto de arrefecimento a água

 

 

 

 

1. Gerador de corrente 


O gerador de corrente tem a tarefa de alimentar o arco eléctrico, criado entre o material base e o eléctrodo de tungsténio, através da saída de uma quantidade suficiente de corrente para mantê-lo aceso. No seu interior geralmente há um dispositivo de regulação da corrente de soldadura, do tipo mecânico (shunt magnético) ou electrónico (sistemas com tiristores ou inversor).

É possível identificar duas categorias de pertinência:
  

a) gerador em corrente alternada AC (alternating current)

A corrente/tensão de saída do gerador assume a forma de uma onda tipicamente quadrada, que muda a sua polaridade em intervalos regulares, com frequência de 20 ou 200 ciclos por segundo (Hertz) ou mais, conforme o tipo de gerador utilizado. Ela é obtida mediante um ou mais dispositivos, cuja função é a de transformar a corrente/tensão sinusoidal de rede em uma corrente/tensão alternada apropriada de soldadura..

 

b) gerador em corrente contínua DC (direct current)
A corrente na saída do gerador apresenta uma forma de onda contínua, obtida através de dispositivos que permitem a conversão da corrente/tensão de alternada para contínua.No caso em que o circuito de soldadura seja composto por um gerador de corrente contínua (DC), pode ser introduzida mais uma classificação em função da modalidade de conexão dos pólos da fonte de soldadura ao material a soldar ou da forma de onda da corrente de soldadura:

i) corrente contínua com ligação em polaridade directa
Com a polaridade directa a tocha, com o relativo cabo, é ligada ao pólo negativo e o material a soldar ao pólo positivo da fonte abastecedora; nesse caso os electrões fluem do eléctrodo para a peça provocando a sua fusão. É o tipo de corrente mais utilizado com o sistema TIG e garante uma boa soldabilidade em quase todos os metais e as ligas normalmente soldáveis, com excepção do alumínio. A corrente contínua com polaridade directa produz um banho de fusão estreito e profundo e também uma penetração decididamente superior àquela que pode ser obtida com a polaridade inversa.

ii) corrente contínua com ligação em polaridade inversa
Soldando com essa polaridade a tocha, com o relativo cabo, é ligada ao pólo positivo e a peça ao pólo negativo da máquina abastecedora.Esse tipo de alimentação é pouco utilizado porque produz um banho chato com penetração escassa. A polaridade inversa causa por si só um aquecimento excessivo do eléctrodo; para não provocar a queimadura dele devem ser utilizadas intensidades de corrente mais reduzidas. Justifica-se assim o seu uso limitado


Existe mais uma família de geradores, e se identifica como geradores em corrente contínua, independentemente da polaridade da ligação, e exactamente geradores em corrente contínua modulada ou pulsada. O gerador em corrente modulada é um gerador com corrente contínua equipado com dispositivos específicos que permitem a variação da amplitude da corrente de soldadura. A corrente modulada ou pulsada é obtida sobrepondo à corrente contínua de base um outro componente, geralmente de ondas quadradas, produzindo uma pulsação periódica do arco. Com esse sistema se obtém um cordão de soldadura formado por uma sobreposição contínua de pontos de soldadura, os quais, um após o outro, formam um cordão único. Usa-se tipicamente em espessuras finas, onde é necessário controlar o fornecimento de calor para evitar a perfuração da peça a soldar sem comprometer a penetrabilidade da soldadura.


 

2. Tocha porta-eléctrodo de tungsténio com feixe de cabos

A tocha porta-eléctrodo é um dispositivo que engloba o eléctrodo de tungsténio e é ligada a cabos conectados ao gerador, os quais têm a tarefa de alimentá-la electricamente e de transportar o seu gás de protecção. Em função do tipo de uso, pode haver tochas com arrefecimento natural, por meio do gás protector, se forem necessárias baixas intensidades de corrente, e tochas com arrefecimento a água, quando forem exigidas correntes elevadas (200 - 500 A) e soldaduras frequentes.

 

 


3. Vareta de material de adição

A espessura do material, o tipo de junção e as características de soldadura desejadas influem na necessidade de usar ou não um metal de adição a adicionar no banho. O acréscimo do metal de adição na soldadura manual é efectuado mergulhando uma vareta de material na área do arco, lateralmente ao banho de fusão. O metal de adição é muito espesso semelhante ao metal base e frequentemente é adicionado com quantidades limitadas de desoxidantes ou outros elementos que melhoram as propriedades da área fundida.



4. Cilindro de gás com circuito de pressão

O cilindro de gás com circuito de pressão é composto por:


- um cilindro que contém o/os gás/es de protecção
- um manómetro, instrumento utilizado para indicar a quantidade de gás no interior do cilindro
- um redutor de pressão
- uma electroválvula, presente se a tocha for dotada de botão de ignição, comandada pelo próprio botão, o qual abre e fecha o fluxo de gás conforme as necessidades do operador.

5. Pinça 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.


6. 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, para evitar sobreaquecimentos excessivos, se houver correntes elevadas de soldadura. Esse aparelho, através de uma bomba, permite a circulação contínua da água na tocha e, mediante um sistema de arrefecimento, controla o seu sobreaquecimento.

 

 


C. OS GASES DE PROTECÇÃO

A função principal do gás de protecção é a de substituir-se ao ar na proximidade do banho de fusão, do eléctrodo e da extremidade da eventual vareta de adição para evitar o risco da contaminação de agentes nocivos presentes na atmosfera.
As características físicas e químicas do gás de protecção podem ter influências diferentes na soldadura conforme os vários tipos de metal. Os gases de protecção utilizados na soldadura TIG são: argónio, hélio, misturas argónio-hélio e misturas argónio-hidrogénio.
De qualquer forma é importante que esses gases sejam puros o máximo possível pois até percentagens irrelevantes de impurezas podem influenciar a qualidade da soldadura deixando-a inaceitável. Durante a soldadura utilizando como gás de protecção o argónio, o arco é mais estável mas o banho resulta menos quente; portanto,  esse gás é mais indicado para a soldadura em espessuras finas.
Observa-se que o argónio é um gás muito utilizado pelo seu custo bem mais reduzido do que o do hélio; esse factor resulta ser o maior discriminador na escolha do gás de protecção.
O arco em hélio desenvolve um calor superior ao desenvolvido em argónio; seu uso, portanto, é recomendado para a soldadura de materiais com elevada condutividade térmica, permitindo um aumento da velocidade de soldadura.
Como o hélio é mais leve do ar, para ter uma protecção certa do banho é indispensável a sua utilização em quantidades superiores àquelas utilizadas para o argónio.
As misturas de argónio e hélio são utilizadas para ter gases protectores com características intermediárias.

D. OS ELÉCTRODOS INFUSÍVEIS

No comércio existem vários tipos de eléctrodos infusíveis:

  • eléctrodos de tungsténio puro. São utilizados com intensidades reduzidas de corrente e em corrente alternada porque o arco resulta mais estável. Com relação ao aspecto económico eles são os menos caros.
  • eléctrodos de tungsténio com tório. Suportam elevadas intensidades de corrente. O arco é fácil de acender e, depois de desencadeado, permanece estável. O uso desses eléctrodos é indicado para a soldadura de aços em corrente contínua em polaridade directa.
  • eléctrodos de tungsténio com zirconia. São utilizados em soldadura manual em alumínio, magnésio e suas ligas com uma intensidade de corrente médio-baixa.
  • eléctrodos de cério. São caracterizados por uma emissão elevada de electrões, permitem uma boa penetração e uma resistência satisfatória ao desgaste.

E. OS SISTEMAS DE ACENDIMENTO DO ARCO

O acendimento do arco eléctrico ocorre mediante um contacto rápido entre o eléctrodo de tungsténio e a peça, ou mediante dispositivo apropriado de acendimento sem contacto.
Para não contaminar o eléctrodo ou para evitar golpes de arco no material base, o arco é geralmente desencadeado sobre uma plaqueta bem limpa (de cobre ou da mesma natureza do material base) situada na proximidade da encalcadeira.

As tipologias de acendimento do arco utilizadas com mais frequência são:
- Ignição HF ( alta frequência). A faísca piloto é fornecida por um gerador de alta frequência que sobrepõe à tensão de soldadura um pulso de alta tensão; a potência desse dispositivo é mínima, de qualquer maneira capaz de permitir a ignição à distância do arco eléctrico. A ignição HF exige a utilização de uma tocha especial de soldadura, a qual apresenta também um botão que permite de comandar a ignição.

- Ignição por arco piloto. Nesse caso o arco desencadeia entre o eléctrodo de tungsténio e um eléctrodo auxiliar o qual pode ser um anel colocado no bico da própria tocha. O acendimento do arco piloto ocorre mediante intervenção de uma faísca de alta frequência que age no circuito do próprio arco piloto; depois que o arco piloto foi aceso, a faísca é desactivada pois o arco principal desencadeia espontaneamente mediante simples descarga do eléctrodo de tungsténio deixado incandescente em atmosfera de gás ionizada. Essa ignição é usada sobretudo em instalações automáticas.

- Ignição LIFT. É obtida mediante um dispositivo que fornece uma corrente de valor baixo para não danificar a ponta do eléctrodo de tungsténio, quando o mesmo está em contacto com o material a soldar.
No momento em que se afasta o eléctrodo da peça, cria-se uma faísca que causa o acendimento do arco; o gerador aumenta, portanto, a corrente de soldadura até o valor configurado inicialmente. O arranque LIFT, pela falta da alta frequência tem a propriedade de não criar interferências electromagnéticas; o contacto da ponta do eléctrodo com o material a soldar cria de qualquer forma uma poluição do banho.

- Ignição por contacto (scratch). Tal ignição ocorre mediante atrito do eléctrodo de tungsténio na peça a soldar, com o consequente acendimento do arco. Por causa do contacto entre eléctrodo e peça a soldar, estão presentes no início do cordão algumas inclusões de tungsténio que comprometem a qualidade da soldadura.


F. A SOLDADURA DOS MATERIAIS EM TIG

A aplicação deste processo é encontrada principalmente na soldadura dos aços inoxidáveis, do alumínio e de suas ligas, do níquel, do cobre, do titânio e de suas ligas. Os aços inoxidáveis soldam-se em corrente contínua (DC) com polaridade directa.

Podem ser soldadas sem material de adição peças com espessura até 2,5 mm; acima dessa espessura, as bordas devem ser aparadas e exigem a utilização da vareta de material de adição, o qual deve ser especificamente apropriado à qualidade do aço inoxidável a soldar. Antes de executar a soldadura, é recomendável uma limpeza profunda com uma escova de aço inoxidável.
O alumínio e suas ligas soldam-se em corrente alternada (AC) e exigem, para uma boa execução do cordão, a aplicação de um gerador de alta frequência com características adequadas. Se houver uma forte oxidação, é bom eliminá-la com escova ou decapagem (processo químico para eliminar o óxido presente).

Nesse caso também podem ser soldados sem material de adição materiais com espessura até 2,5 mm; acima dessa espessura, as bordas devem ser aparadas e exigem a utilização da vareta de material de adição.

A soldadura em atmosfera de argónio, com eléctrodo em tungsténio, é aplicada também nos aços maleáveis e ligados, níquel e suas ligas; cobre e suas ligas, titânio e metais nobres. Para todos esses metais e ligas utiliza-se corrente contínua (DC) em polaridade directa.