Soldadura manual por arco de tungsténio: Guia essencial

1. Características do processo de soldadura manual com gás inerte de tungsténio (TIG)

(1) Princípio de funcionamento

A soldadura com gás inerte de tungsténio (TIG) é um método de soldadura com proteção gasosa que utiliza uma vareta de tungsténio como elétrodo e árgon como gás de proteção.

É gerado um arco elétrico entre o elétrodo de tungsténio e a peça de trabalho, e o fluxo de gás árgon da tocha de soldadura forma uma camada hermeticamente fechada na área do arco.

Isto isola o elétrodo e a poça de metal fundido do ar, impedindo a sua intrusão. O calor do arco é utilizado para fundir o metal de base e o fio de enchimento para formar uma poça de fusão, que solidifica numa cordão de soldadura após arrefecimento.

O árgon, sendo um gás inerte, não reage quimicamente com o metal, pelo que protege adequadamente a poça de metal fundido da oxidação.

O árgon também não se dissolve no metal fundido a altas temperaturas, o que impede a formação de buracos de gás no cordão de soldadura. Assim, o efeito protetor do árgon é eficaz e fiável, produzindo cordões de soldadura de alta qualidade.

Durante a soldadura, o elétrodo de tungsténio não derrete, pelo que a soldadura TIG é também designada por elétrodo não consumível soldadura por arco. Com base na fonte de alimentação utilizada, Soldadura TIG divide-se em corrente contínua (CC), corrente alternada (CA) e tipos pulsados.

(2) Características do processo

1) Vantagens da soldadura TIG em relação a outros métodos de soldadura por arco

a. Proteção superior

O cordão de soldadura de alta qualidade deve-se à não reatividade do árgon com os metais e à sua insolubilidade nos mesmos. O processo de soldadura é essencialmente um processo simples de fusão e cristalização do metal, resultando num cordão de soldadura mais puro e mais elevado. soldadura de qualidade costura.

b. Deformação e tensão mínimas

O fluxo de gás árgon comprime e arrefece o arco, concentrando o calor do arco, o que resulta numa zona afetada pelo calor estreita. Isto minimiza a deformação e o stress durante a soldadura, tornando-a particularmente adequada para soldaduras de pequena espessura. soldadura de chapas.

c. Facilidade de observação e funcionamento

Como se trata de um arco aberto processo de soldaduraO sistema de soldadura é facilmente observável e operável, especialmente adequado para a soldadura em todas as posições.

d. Estabilidade

O arco é estável, com o mínimo de salpicos, e não há necessidade de remover a escória após a soldadura.

e. Controlo fácil da dimensão da poça de fusão

Uma vez que o fio de enchimento e o elétrodo estão separados, o soldador pode controlar eficazmente o tamanho da poça de fusão.

f. Vasta gama de materiais soldáveis

Quase todos materiais metálicos podem ser submetidos à soldadura TIG. É especialmente adequado para a soldadura de metais e ligas quimicamente activos, como o alumínio e o magnésio, titânio, etc.

2) Desvantagens

a. Custo mais elevado do equipamento;

b. Potencial de ionização elevado do árgon, ignição difícil do arco, exigindo dispositivos de ignição e estabilização do arco de alta frequência;

c. A soldadura TIG produz 5 a 30 vezes mais luz UV do que a soldadura por arco manual, gerando ozono nocivo para o soldador, pelo que é necessária uma proteção reforçada;

d. São necessárias medidas de proteção contra o vento durante a soldadura.

3) Âmbito de aplicação

A soldadura TIG é um método de soldadura de alta qualidade e é amplamente adoptada em várias indústrias.

É particularmente vantajoso para metais quimicamente activos que são difíceis de soldar utilizando outros tipos de arco técnicas de soldaduramas pode facilmente obter cordões de soldadura de alta qualidade com a soldadura TIG.

Além disso, na soldadura de tubos de pressão feitos de aço-carbono e de aço de baixa liga, a soldadura TIG está a ser cada vez mais utilizada para a soldadura de passe de raiz para melhorar a qualidade da juntas soldadas.

2. Parâmetros da soldadura manual com gás inerte de tungsténio (TIG)

Os parâmetros do processo para a soldadura TIG manual incluem: tipo e polaridade da fonte de energia, diâmetro do elétrodo de tungsténio, corrente de soldadura, tensão do arco, caudal de gás árgon, velocidade de soldaduradiâmetro do bocal, distância entre o bocal e a peça de trabalho e comprimento da saliência do elétrodo de tungsténio.

A seleção correcta e a combinação racional destes parâmetros são essenciais para uma qualidade de soldadura satisfatória.

1) Tipos de juntas e ranhuras

A soldadura TIG é utilizada principalmente para a soldadura de chapas finas de espessura inferior a 5 mm. Os tipos de juntas incluem juntas de topo, sobrepostas, de canto e em T. Para chapas com menos de 1 mm de espessura, também podem ser utilizadas juntas flangeadas. Quando a espessura da chapa é superior a 4 mm, devem ser utilizadas ranhuras em V (para juntas de topo de tubos de 2-3 mm, são necessárias ranhuras em V). As ranhuras em U também podem ser utilizadas para juntas de topo de tubos de paredes espessas.

2) Limpeza antes da soldadura

A limpeza antes da soldadura é extremamente importante para garantir a qualidade da junta na soldadura TIG. Sob proteção de gás inerte, o metal fundido não sofre reacções metalúrgicas significativas e a oxidação e os contaminantes não podem ser removidos por desoxidação.

Por conseguinte, antes da soldadura, as superfícies das ranhuras da peça de trabalho, ambos os lados da junta e o fio de enchimento devem ser limpos com um solvente orgânico (gasolina, acetona, tricloroetileno, tetracloreto de carbono, etc.) para remover óleo, humidade, poeira e películas de óxido.

Para materiais em que a camada de óxido de superfície tem uma ligação forte com a camada de base, como o aço inoxidável aço e liga de alumínioPara remover a camada de óxido, devem ser utilizados métodos mecânicos.

Normalmente, são utilizadas escovas de arame de aço inoxidável ou escovas de arame de cobre, mós finas ou cintas de lixa.

3) Tipo e polaridade da fonte de alimentação

O tipo e a polaridade da fonte de alimentação podem ser seleccionados com base no material da peça de trabalho, como mostra a tabela abaixo.

Seleção do tipo e polaridade da fonte de alimentação

Quando se utiliza o elétrodo de corrente contínua positivo (DCEP), a peça de trabalho é ligada ao pólo positivo, que está a uma temperatura mais elevada, adequada para soldar peças de trabalho espessas e metais que dissipam o calor rapidamente.

A haste de tungsténio está ligada ao pólo negativo, que está a uma temperatura mais baixa, o que pode aumentar a corrente admissível e minimizar o desgaste do elétrodo de tungsténio.

Com o elétrodo de corrente contínua negativo (DCEN), o elétrodo de tungsténio é ligado ao pólo positivo, o que resulta num elevado desgaste do elétrodo, pelo que é raramente utilizado.

Na soldadura com gás inerte de tungsténio de corrente alternada (AC TIG), durante a meia onda em que a peça de trabalho é negativa e o elétrodo de tungsténio é positivo, o cátodo tem o efeito de remover a película de óxido, referido como o efeito de "limpeza do cátodo".

Ao soldar alumínio, magnésio e suas ligas, que têm uma película densa de óxido de alto ponto de fusão na sua superfície, se esta película de óxido não puder ser removida, causará defeitos como fusão incompleta, inclusão de escória, enrugamento na superfície da soldadura e porosidade interna.

A meia onda em que a peça de trabalho é positiva e o elétrodo de tungsténio é negativo pode arrefecer o elétrodo de tungsténio para reduzir o desgaste. Por isso, a soldadura AC TIG é normalmente utilizada para soldar alumínio, magnésio e suas ligas altamente oxidantes.

4) Diâmetro do elétrodo de tungsténio

O diâmetro do elétrodo de tungsténio é selecionado principalmente com base na espessura da peça de trabalho, no tamanho da corrente de soldadura e na polaridade da fonte de energia.

A seleção incorrecta do diâmetro do elétrodo de tungsténio pode provocar um arco instável, um desgaste grave da vareta de tungsténio e a inclusão de tungsténio na soldadura. (Composição do elétrodo de tungsténio: Como elétrodo, o elétrodo de tungsténio é responsável pela condução da corrente, pela ignição do arco e pela manutenção do arco.

O tungstênio é um metal refratário (ponto de fusão 3410 ± 10 ℃) com resistência a altas temperaturas (ponto de ebulição 5900 ℃), boa condutividade elétrica e uma forte capacidade de emitir elétrons, o que torna as hastes de tungstênio adequadas para uso como eletrodos).

5) Corrente de soldadura

A corrente de soldadura é selecionada principalmente com base na espessura da peça de trabalho e na posição espacial. Tanto correntes de soldadura demasiado grandes como demasiado pequenas podem resultar numa má formação da soldadura ou defeitos de soldadura.

Por conseguinte, dentro da gama de correntes de soldadura permitidas para diferentes diâmetros de eléctrodos de tungsténio, a corrente de soldadura deve ser corretamente selecionada, conforme indicado na tabela abaixo.

Intervalos de corrente admissíveis para eléctrodos de tungsténio de diferentes diâmetros (com óxidos)

Forma da ponta do elétrodo de tungsténio e gama de corrente

6) Tensão do arco

A tensão do arco é determinada pelo comprimento do arco. À medida que a tensão aumenta, a largura da soldadura aumenta ligeiramente enquanto a penetração diminui.

Ao coordenar a corrente de soldadura e a tensão do arco, a forma da soldadura pode ser controlada. Quando a tensão do arco é demasiado elevada, é fácil produzir falta de fusão e o efeito de proteção do árgon piora.

Por conseguinte, o comprimento do arco deve ser minimizado tanto quanto possível sem causar um curto-circuito. A gama habitual de tensão do arco para a soldadura por arco com tungsténio e árgon é de 10-24 volts.

7) Fluxo de gás árgon

Para proteger de forma fiável a área de soldadura da poluição do ar, deve haver um fluxo suficiente de gás de proteção. Quanto maior for o fluxo de gás árgon, maior será a capacidade da camada protetora para resistir à influência do ar que circula.

No entanto, quando o caudal é demasiado elevado, não só o árgon é desperdiçado, como o fluxo de gás de proteção pode também formar turbulência, trazendo ar para a área protegida e reduzindo o efeito de proteção.

Por conseguinte, o caudal de árgon deve ser selecionado corretamente. O caudal de gás pode geralmente ser determinado pela seguinte fórmula empírica:

Q = (0,8 - 1,2) D

Onde:

• Q é o caudal de gás árgon, L/mm
• D é o diâmetro do bocal, em mm.

(Pureza do árgon: Diferentes metais exigem diferentes purezas de árgon. Por exemplo, para a soldadura de aço resistente ao calor, aço inoxidável, cobre e ligas de cobre, a pureza do árgon deve ser superior a 99,70%; para a soldadura de alumínio, magnésio e respectivas ligas, a pureza do árgon deve ser superior a 99,90%; para a soldadura de titânio e respectivas ligas, a pureza do árgon deve ser superior a 99,98%. A pureza do árgon industrial produzido internamente pode atingir 99,99%, pelo que a purificação não é geralmente considerada na produção efectiva).

8) Velocidade de soldadura

Quando a velocidade de soldadura aumenta, o fluxo de gás árgon deve também aumentar em conformidade. Se a velocidade de soldadura for demasiado rápida, devido à resistência do ar que afecta o fluxo de gás protetor, a camada protetora pode desviar-se do elétrodo de tungsténio e da poça de fusão, deteriorando assim o efeito protetor.

Ao mesmo tempo, a velocidade de soldadura afecta significativamente a formação da soldadura. Por conseguinte, deve ser selecionada uma velocidade de soldadura adequada.

9) Diâmetro do bocal

Quando o diâmetro do bocal é aumentado, o fluxo de gás deve ser aumentado ao mesmo tempo. Neste momento, a área de proteção é maior e o efeito de proteção é melhor.

Mas quando o bocal é demasiado grande, não só o consumo de árgon aumenta, como a tocha pode não conseguir entrar, ou pode obstruir a linha de visão do soldador e dificultar a observação da operação.

Por conseguinte, o diâmetro do bocal para a soldadura geral por arco de tungsténio e árgon é melhor entre 5-14 mm.

Além disso, o diâmetro do bocal também pode ser selecionado de acordo com a fórmula empírica:

D = (2,5 - 3,5) d

Onde:

• D é o diâmetro do bocal (normalmente o diâmetro interior), mm;
• d é o diâmetro do elétrodo de tungsténio, em mm.

10) Distância entre o bocal e a peça de trabalho

Aqui, estamos a referir-nos à distância entre a face final do bocal e a peça de trabalho. Quanto menor for esta distância, melhor será o efeito de proteção.

Por conseguinte, a distância entre o bocal e a peça de trabalho deve ser tão pequena quanto possível, mas se for demasiado pequena torna a operação e a observação inconvenientes. Por conseguinte, a distância habitual entre o bocal e a peça de trabalho situa-se entre 5-15 mm.

11) Comprimento da extensão do elétrodo de tungsténio

A fim de evitar que o calor do arco danifique o bocal, a extremidade do elétrodo de tungsténio sobressai para fora do bocal. A distância entre a extremidade do elétrodo de tungsténio e a face do bocal é designada por comprimento da extensão do elétrodo de tungsténio.

Quanto menor for o comprimento da extensão do elétrodo de tungsténio, mais próxima será a distância entre o bocal e a peça de trabalho e melhor será o efeito protetor, mas se estiver demasiado próximo, dificultará a observação da poça de fusão.

Normalmente, ao soldar uma junta de topo, é preferível um comprimento de extensão do elétrodo de tungsténio de 3-6 mm. Ao soldar uma junta de fileteÉ preferível um comprimento de extensão do elétrodo de tungsténio de 7-8 mm.