Causas da porosidade na soldagem com proteção de gás CO2: Medidas para a nova soldagem

Introdução

Dióxido de carbono (CO₂), uma técnica semiautomática de soldagem a arco que usa CO₂ como gás de proteção e arame como eletrodo e material de enchimento, tem vantagens distintas em relação à soldagem a arco manual, incluindo maior eficiência de produção, menor deformação de soldagem e qualidade superior.

Esse é o método preferido dos soldadores. No entanto, a seleção inadequada da corrente e da tensão pode levar a defeitos na solda, principalmente poros na costura de solda.

Portanto, nas operações diárias, é fundamental aplicar corretamente o CO₂ soldagem com proteção de gás para melhorar qualidade da soldagem e soldar novamente após identificar e remover os cordões de solda abaixo do padrão com defeitos de gás.

Características da distribuição de poros no CO₂ Soldagem blindada

As características da distribuição dos poros geralmente estão intimamente relacionadas às suas causas e condições. Dependendo de sua localização, alguns podem estar na superfície, dentro do costura de soldaou em sua raiz. Alguns chegam a penetrar em todo o cordão de solda.

A partir do status de distribuição, pode haver poros únicos, grupos de vários poros ou poros que correm em um padrão semelhante a uma cadeia ao longo do comprimento da costura de solda.

Processo de formação de poros

Embora diferentes gases formem poros que não só têm aparências e distribuições únicas, mas também variam em seus fatores metalúrgicos e de processo, qualquer bolha de gás formada na poça de fusão segue a regra geral de transformação de fase de líquido para gás, envolvendo estágios de nucleação e crescimento.

3.1 Processo completo de formação de poros

A poça de fusão absorve uma grande quantidade de gás e atinge um estado saturado - sob determinadas condições, o gás se agrega e forma um núcleo - o núcleo da bolha cresce e se transforma em uma bolha de determinado tamanho - as bolhas sobem, ficam obstruídas e permanecem no cordão de solda solidificado, formando um poro.

Portanto, a formação de poros é o resultado de vários estágios: absorção de gás pelo metal fundido, nucleação de bolhas, crescimento e emergência. Cada estágio tem seus próprios fatores de influência.

3.2 Fatores de influência de cada estágio

A presença de gases supersaturados (ou gases que não podem ser dissolvidos) no metal líquido é a base material para a nucleação e o crescimento do gás. Durante a soldagem, a poça de fusão tem condições adequadas para formar bolhas de gás.

Além disso, quanto maior o grau de saturação na poça de fusão, menor a energia necessária para que o gás precipite do estado dissolvido.

Duas condições são necessárias para o crescimento do gás: primeiro, a pressão interna do gás deve ser suficiente para superar a pressão externa à qual ele está sujeito.

Em segundo lugar, o crescimento deve ser rápido o suficiente para garantir que ele atinja um determinado tamanho macro antes que a piscina fundida se solidifique.

A ascensão do gás consiste em dois processos. Primeiro, a bolha deve se desprender da superfície em que se forma, e a dificuldade disso depende da situação de contato entre a bolha e a superfície.

A taxa de formação de bolhas está relacionada aos seguintes fatores: raio do poro, densidade do metal líquido e viscosidade do metal líquido.

Tipos de poros gerados no CO₂ Soldagem com blindagem e medidas preventivas

Durante a emissão de CO₂ devido à ausência de escória cobrindo a superfície da poça de fusão e ao efeito de resfriamento do CO₂ a piscina fundida se solidifica com relativa rapidez. Se o material de soldagem ou o processo de soldagem não for manuseado adequadamente, podem ocorrer poros de CO, poros de nitrogênio e poros de hidrogênio.

4.1 Formação de poros de CO e medidas preventivas

O CO é principalmente o produto da reação entre FeO, O2 ou outros óxidos e carbono (C).

Por exemplo, C+O=CO, FeO+C=CO+Fe, MnO+C=CO+Mn, SiO2+2C=2CO+SiO. Durante o processo de formação de CO₂ processo de soldagemQuando há falta de elementos desoxidantes no arame metálico de soldagem, mais gás se dissolverá no metal na poça de fusão, e o C na poça de fusão reagirá com o FeO para formar gás CO.

Quando o metal fundido se solidifica muito rapidamente, o gás CO gerado não tem tempo suficiente para escapar, formando assim poros de CO. Esses poros geralmente aparecem na raiz da solda ou perto da superfície e geralmente têm formato de agulha.

Para evitar a formação de poros de CO, é necessário usar um arame de solda que contenha desoxidante suficiente e tenha uma baixa teor de carbono para inibir a reação de oxidação entre C e FeO. Se o teor de carbono no material de origem for alto, parâmetros de soldagem com uma energia de linha maior deve ser selecionado tecnologicamente para aumentar o tempo de permanência da poça de fusão e facilitar o escape do gás CO.

Se o arame de soldagem contiver elementos desoxidantes suficientes, como Si e Mn, e o teor de carbono no arame for limitado, a reação de redução mencionada acima poderá ser suprimida, evitando efetivamente a formação de poros de CO. Portanto, desde que o arame de solda seja selecionado adequadamente, a probabilidade de formação de poros de CO no processo de soldagem de CO₂ soldagem a arco é muito pequeno.

4.2 Formação de poros de hidrogênio e medidas preventivas

A principal causa dos poros de hidrogênio é que uma grande quantidade de hidrogênio se dissolve na poça de fusão em altas temperaturas e não pode ser totalmente expelida durante o processo de cristalização, permanecendo no metal de solda e formando poros.

A fonte de hidrogênio é a contaminação por óleo e ferrugem nas superfícies da peça de trabalho e do arame de soldagem, bem como a umidade no CO₂ gás. A contaminação por óleo é composta por hidrocarbonetos, e a ferrugem é composta por óxido férrico contendo água cristalina. Ambos podem decompor o hidrogênio sob altas temperaturas do arco elétrico.

O hidrogênio no arco pode se ionizar ainda mais e, em seguida, dissolver-se facilmente na poça de fusão em um estado ionizado. Durante a cristalização da poça de fusão, devido à queda acentuada na solubilidade do hidrogênio, o hidrogênio precipitado, se não for expelido da poça de fusão, forma poros esféricos no metal de solda.

Para evitar poros de H2, a fonte de hidrogênio deve ser eliminada. Antes de soldar, remova a ferrugem, a contaminação por óleo e outras impurezas da peça de trabalho e do arame de solda. Mais importante ainda, preste atenção ao teor de umidade no arame de soldagem de CO₂ pois ele costuma ser a principal causa dos poros de hidrogênio.

CO₂ tem propriedades oxidantes que podem suprimir a formação de poros de hidrogênio. Desde que o CO₂ é seco antes da soldagem para remover a umidade e as impurezas na superfície do arame de soldagem e da peça de trabalho são removidas, a possibilidade de formação de poros de hidrogênio é muito pequena. Portanto, o CO₂ é um método reconhecido de soldagem com baixo teor de hidrogênio.

4.3 Formação de poros de nitrogênio e medidas preventivas

Sob altas temperaturas de arco, o metal fundido tem uma alta solubilidade para o nitrogênio. Entretanto, quando a temperatura da poça de fusão cai, a solubilidade do nitrogênio no metal líquido diminui rapidamente, precipitando uma grande quantidade de nitrogênio. Se ele não puder escapar da poça de fusão, formam-se poros de nitrogênio.

Os poros de nitrogênio geralmente aparecem perto da superfície da solda e são distribuídos em um padrão de favo de mel. Em casos graves, pequenos poros podem ser amplamente distribuídos por todo o metal de solda. Esses poros minúsculos podem ser encontrados com frequência em inspeções metalográficas ou podem ser ampliados em defeitos de permeabilidade em testes hidráulicos e revelados.

O principal motivo da formação de poros de nitrogênio é a destruição da camada de gás protetora, que permite que uma grande quantidade de ar invada a área de soldagem.

Os fatores que causam a destruição da camada de gás protetora incluem:

• a pureza do CO₂ O gás de proteção usado não atende aos requisitos;
• o CO₂ o fluxo de gás é muito pequeno;
• o bocal está parcialmente bloqueado por respingos;
• a distância entre o bocal e a peça de trabalho é muito grande;
• e há um vento lateral no local da soldagem.

Para evitar poros de nitrogênio, o efeito de proteção contra gases deve ser melhorado. Você deve escolher um filtro de CO₂ gás com pureza qualificada, use parâmetros adequados de fluxo de gás durante a soldagem; verifique se há vazamento ou bloqueio de gás do cilindro de gás para a tocha de soldagem; e aumente as medidas de proteção contra o vento para soldagem ao ar livre.

Além disso, na construção em campo, é melhor escolher um fio de solda que contenha elementos fixadores de nitrogênio (como Ti, Al).

Principais razões para a formação de vários poros no CO₂ Soldagem blindada

Em CO₂ Na soldagem com proteção gasosa, ocorrem reações químicas intensas de oxidação-redução, levando a respingos substanciais e perda de calor. Se qualquer etapa não for bem controlada, os poros de gás podem se formar facilmente. Os principais motivos para a formação de poros de gás são os seguintes:

1. O cordão de solda não é limpo adequadamente, com a presença de óleo, água, ferrugem, etc.
2. A proteção contra o vento não é considerada durante a soldagem.
3. Há um vazamento de gás na tubulação de gás (um vazamento pode formar um jato de sucção durante a soldagem, sugando o ar ao redor).
4. A oscilação da solda é muito grande durante a soldagem.
5. A extensão seca do fio de solda é muito longa.
6. O bocal está bloqueado ou deformado por respingos.
7. Há problemas de qualidade com o fio de solda.
8. A taxa de fluxo de gás é muito pequena, causando um fluxo de gás fraco e a formação de poros de gás.
9. O gás é impuro.
10. A haste condutora é queimada (sem a instalação de uma válvula de gás de cerâmica, um lado do bocal tem um fluxo de gás maior do que o outro após a queima).
11. A válvula solenoide do alimentador de arame está danificada ou bloqueada, causando um fluxo inicial de gás durante a soldagem, mas a taxa de fluxo de gás diminui gradualmente até que o fornecimento de gás seja interrompido.
12. O fluxo excessivo de gás pode causar turbulência, sugando o ar e criando poros de gás.
13. O ranhura de solda é muito grande, e a cobertura insuficiente do gás de proteção também pode levar à formação de poros de gás.
14. O anel de vedação na extremidade da tocha de soldagem (OTC) é ineficaz, causando a formação de poros de gás.
15. Se o gás não for usado por um longo período no transporte por dutos, o primeiro lote de gás no saco de gás não será liberado, o que resultará em poros de gás.
16. O uso de luvas de isolamento caseiras não padronizadas pode levar à decomposição do CO₂ gás após a queima prolongada no bocal, resultando em poros de gás.
17. O bocal é instalado de forma torta, e o bocal condutor não está no centro do bocal, o que significa que a gota do fio de solda não está no centro da atmosfera de gás de proteção, e sempre há formação de poros de gás.
18. Não deve haver vazamentos significativos no gasoduto, pois esses vazamentos podem permitir a infiltração de uma pequena quantidade de ar no gasoduto.
19. Se o ângulo de usinagem do pequeno orifício do desviador não for padrão, isso pode causar turbulência no bocal, resultando em poros de gás.

Danos aos poros de gás no CO₂ Soldagem blindada

Os poros de gás, como um tipo de defeito na costura de solda, apresentam principalmente os seguintes perigos: eles podem levar à formação de rachaduras friasA fissura por fadiga, as fissuras retardadas e outros defeitos secundários nas áreas dos poros. Esses defeitos podem enfraquecer o resistência ao escoamento e resistência à tração da costura de solda.

Medidas de soldagem corretiva para a formação de poros de gás em ambientes com CO₂ Soldagem blindada

Em resposta à situação acima, os operadores devem escolher os parâmetros corretos do processo de soldagem durante a soldagem corretiva. Além disso, eles devem manter um determinado comprimento de extensão seca do bocal e prestar atenção ao ângulo da tocha de soldagem. Os detalhes específicos são os seguintes:

7.1 Seleção correta dos parâmetros do processo de soldagem

7.7.1 Corrente de soldagem e tensão do arco

A tensão do arco é um parâmetro crítico na soldagem; sua magnitude determina o comprimento do arco e a forma de transição da gota, e tem um impacto significativo sobre os respingos.

Sob um determinado diâmetro de arame de soldagem e corrente de soldagem, se a tensão do arco for muito alta, a velocidade de fusão do arame de soldagem aumenta, o arco se alonga e a gota não consegue fazer a transição normalmente, o que faz com que partículas grandes saiam voando e aumentem os respingos.

Se a tensão do arco for muito baixa, será difícil acender o arco, a velocidade de fusão do arame de solda diminuirá, o arco encurtará e o arame de solda mergulhará na poça de fusão, o que também causará grandes respingos e má formação da costura de solda.

Quando a corrente de soldagem e a tensão do arco são combinadas de forma ideal, a frequência da transição de gotículas é alta, os respingos são minimizados e a formação da costura de solda é bonita.

A Tabela 1 mostra os parâmetros típicos do processo de soldagem de transição de curto-circuito para três arames de soldagem de diâmetros diferentes, onde respingos de solda é minimizado.

Tabela 1: Parâmetros do processo de soldagem de transição de curto-circuito para fios de soldagem de diferentes diâmetros

7.7.2 Ângulo da tocha de soldagem

1. Ângulo da tocha de soldagem durante soldagem plana:

Em geral, o ângulo entre a tocha de soldagem e o plano da solda deve ser mantido em cerca de 65°. A operação de soldagem deve ser estável, sem que a tocha se mova muito alto ou muito baixo, nem muito rápido ou muito lento.

Se o local de soldagem estiver exposto a ventos fortes, um chapa de aço pode ser usado para bloquear o vento. É melhor usar uma placa de aço fina de 2 mm de espessura e 200 mm de largura dobrada em uma estrutura em forma de U e colocada ao lado da área de soldagem.

A estrutura em forma de U pode bloquear o vento que vem de várias direções para evitar interferência na área de soldagem e também pode evitar que a luz do arco prejudique os olhos dos trabalhadores ao redor.

2. Ângulo da tocha de soldagem durante a soldagem horizontal:

O ângulo entre a tocha de soldagem e o material de base deve ser mantido em uma faixa de 45°. A velocidade de operação durante a soldagem horizontal não deve ser muito rápida, e a amplitude de oscilação da tocha de soldagem não deve ser muito grande, geralmente entre 10 e 15 mm.

Se houver muito vento, uma placa de aço ou uma estrutura em forma de U feita de aço pode ser colocada ao lado da área de soldagem para bloquear o vento. No entanto, a colocação da placa de aço não deve obstruir a linha de visão do soldador nem interferir na oscilação da tocha de soldagem.

3. Ângulo da tocha de soldagem durante a soldagem vertical:

O ângulo entre a tocha de soldagem e a costura de solda do material de base deve ser de cerca de 15°. A corrente de soldagem não deve ser muito grande, geralmente cerca de 20% a menos do que a soldagem plana.

Durante a soldagem vertical, devido à influência do fluxo de ar ascendente vindo de baixo da área de soldagem, o CO₂ A taxa de fluxo pode ser ligeiramente aumentada durante a operação de soldagem (dependendo da situação).

Quanto mais alta for a posição da soldagem vertical em relação ao solo, maior será o fluxo de ar ascendente. Se essa situação for encontrada, uma placa de aço fina de 200 mm pode ser colocada sob a tocha de soldagem para bloquear efetivamente o impacto do fluxo de ar ascendente na área de soldagem.

4. A velocidade do movimento do ar na área de soldagem afeta diretamente a qualidade da solda. Ao usar o CO₂ na soldagem com proteção gasosa, é estritamente proibido soprar ar diretamente na área de soldagem com um ventilador.

7.2 Métodos corretos de operação no local

Devido à soldagem de longo prazo, os respingos podem bloquear o bocal da tocha de soldagem, reduzindo o fluxo de CO₂ e prejudicando o desempenho de proteção, o que pode facilmente levar à formação de poros de nitrogênio.

Os respingos devem ser removidos imediatamente nessa situação. Com o tempo, o bocal pode se deformar e se estreitar com o uso, reduzindo a faixa de proteção e aumentando a probabilidade de poros de gás.

Quando essa situação for encontrada, um novo bocal deverá ser instalado antes que as operações de soldagem possam continuar.

Quando todas as operações de soldagem estiverem concluídas, o soldador deve desligar a máquina de soldagem e a unidade de CO₂ para evitar superaquecimento e possíveis danos ao fio de aquecimento.

Conclusão

Os principais motivos para a formação de poros no CO₂ A limpeza da solda com proteção gasosa é a superfície de soldagem do material de base (presença de óleo, óxidos), insuficiência de CO₂ fluxo de gás para proteger a área de soldagem, excesso de umidade no gás afetando sua pureza; distância muito grande entre o bocal e a peça de trabalho permitindo a entrada de ar; excesso de respingos aderidos à parede interna do bocal afetando o efeito de proteção; e vento no local da operação interrompendo a cortina de gás de proteção.

Além de escolher os parâmetros corretos do processo de soldagem e garantir as boas condições do equipamento de soldagem, as medidas corretivas também devem incluir a garantia da qualidade do arame de soldagem e a pureza do CO₂ e a escolha do gás correto ângulo de soldagementre outras coisas.