Processo  Solda Tig –  1 – DESCRIÇÃO DO PROCESSO 1.1 – INTRODUÇÃO: O processo Solda tig ou Gas Tungsten Arc Welding ( GTAW ), como é mais conhecido atualmente, é um processo de soldagem a arco elétrico que utiliza um arco entre um eletrodo não consumível de tungstênio e a poça de soldagem. Conforme pode-se notar pela figura abaixo, a poça de soldagem, o eletrodo e parte do cordão são protegidos através do gás de proteção que é soprado pelo bocal da tocha. No processo, pode-se utilizar adição ou não (solda autógena), e seu grande desenvolvimento deveu-se à necessidade de disponibilidade de processos eficientes de soldagem para materiais difíceis, como o alumínio e magnésio, notadamente na indústria da aviação no começo da Segunda grande guerra mundial. Assim, com o seu aperfeiçoamento, surgiu um processo de alta qualidade e relativo baixo custo, de uso em aplicações diversas, com inúmeras vantagens que descreveremos a seguir.

1.2 – Princípios de Operação no Processo  Solda Tig : O GTAW funciona através do eletrodo de tungstênio ( ou liga de tungstênio ) preso a uma tocha. Por essa mesma tocha é alimentado o gás que irá proteger a soldagem contra a contaminação da atmosfera. O arco elétrico é criado pela passagem de corrente elétrica pelo gás de proteção ionizado, estabelecendo-se o arco entre a ponta do eletrodo e a peça. Em termos básicos, os componentes do GTAW são :

1. Tocha;

2. Eletrodo;

3. Fonte de Potência;

4. Gás de Proteção

1.3 – Variáveis do  Processo de  Solda Tig :

As variáveis que determinam basicamente o processo são a tensão do arco, a corrente de soldagem, velocidade de avanço e o gás de proteção. Deve-se considerar que as variáveis não agem especificamente de forma independente, havendo forte interação entre elas. No caso do gás de proteção, ao utilizar-se o Hélio é possível obter uma solda com maior penetração, devido ao maior potencial de ionização deste gás. Mais adiante, descreveremos mais detalhadamente os gases de proteção e suas características. Em relação à corrente de soldagem pode-se considerar, de forma geral, que ela controla a penetração da solda, com efeito diretamente proporcional. Ainda assim, a corrente afeta também a tensão do arco, sendo que para um mesmo comprimento de arco, um aumento na corrente causará um aumento na tensão do arco. As soldagens com corrente contínua em eletrodo no pólo negativo oferecem elevada penetração e maiores velocidades de soldagem, enquanto a corrente alternada é especialmente eficaz quando na soldagem de materiais com óxidos refratários, como alumínio e magnésio, pois pode-se realizar a chamada limpeza catódica, quando o eletrodo encontra-se no pólo positivo. A terceira opção, de corrente alternada com eletrodo no pólo positivo, é pouco utilizada devido ao superaquecimento do eletrodo. A tensão do arco, designação dada para a tensão entre o eletrodo e a peça, é fortemente influenciada por diversos fatores, a saber : 1. Corrente do arco; 2. Perfil da ponta do eletrodo; 3. Distância entre o eletrodo e a peça ( comprimento do arco ); 4. Tipo da gás de proteção; Como existe uma relação direta entre a tensão e o comprimento do arco, a tensão é usada para controlar o processo, pois uma vez fixados diversos outros parâmetros, a tensão do arco possibilita o controle do comprimento do arco, que é difícil de monitorar. Por sua vez, o comprimento do arco afeta diretamente a largura da poça. Apesar disso, na maioria dos processos com chapas, o comprimento do arco desejado é o menor possível. Este controle do comprimento do arco pela tensão, entretanto, deve ser feito de maneira cuidadosa, observando-se outros parâmetros que também afetam a tensão como contaminação do eletrodo e do gás de proteção, alimentação imprópria do material de adição, mudanças de temperatura no eletrodo e erosão do eletrodo. A velocidade de avanço afeta a penetração e a largura no processo, sendo esta última, porém, muito mais afetada. Sua grande importância reside no fato dela determinar o custo do processo por estar intimamente ligada à velocidade do processo. Entretanto, muitas vezes, a velocidade torna-se apenas uma conseqüência a partir da definição de padrões de qualidade e uniformidade. A forma de alimentação do material de adição é outro parâmetro importante. Em processos manuais, a maneira como o material é adicionado influencia no número de passes e na aparência da solda acabada. Já no caso de soldas mecanizadas e automatizadas, a variação na velocidade irá significar variação na quantidade de adição por unidade de comprimento. Aumentando-se a velocidade de alimentação do arame produz-se soldas com menor penetração e perfis convexos Diminuindo-se a velocidade aumenta-se a penetração e tem- se perfis mais achatados. A redução da velocidade tem um limite, entretanto, pois pode levar a fissuras e falta de material

2. – Equipamento para Solda Tig: 1.1 – Tochas As tochas, que suportam o eletrodo e conduzem o gás de proteção até o arco, são classificadas basicamente pelo seu mecanismo de refrigeração. As tochas refrigeradas a gás são mantidas na temperatura adequada pelo efeito de resfriamento causado pelo próprio gás de proteção. Estas tochas estão limitadas a uma corrente máxima de cerca de 200 A. Já as tochas refrigeradas a água, como a da figura abaixo, promovem a circulação de água, normalmente em circuito fechado, para refrigeração. Desta forma, pode-se dispor de tochas que suportam correntes de até 1000 A. A tocha refrigerada a água é a mais empregada em equipamentos automatizados de GTAW.

2.2 – Pinças ou mandril (COLLETS) do Processo  Solda Tig:

Eletrodos de vários tamanhos são fixados apropriadamente no mandril do bocal. Um bom contato entre o eletrodo e a parte interna do mandril é essencial para uma transmissão correta da corrente e refrigeração do eletrodo. 2.3 – Bocais Gás de proteção é dirigido para a zona de soldagem por bocais fixados na extremidade das tochas. O objetivo da utilização dos bocais é produzir um fluxo laminar do gás de proteção. Os bocais podem ser fabricados de materiais cerâmicos, metais, metais revestidos com cerâmicos, quartzo fundido ou outros materiais. Dentre estes, os bocais cerâmicos são os mais baratos e mais populares, apesar de serem quebradiços e necessitarem de troca constante. Bocais metálicos tem vida útil mais longa e são usados principalmente em processos automatizados, que operam com correntes acima de 250 A. Os aspectos mais importantes nos bocais são suas dimensões e perfis. Os bocais devem ser largos o suficiente para prover cobertura da área de soldagem pelo gás e devem estar de acordo com o volume e a densidade necessária do gás no processo. Se a vazão do gás for excessiva para um determinado diâmetro, a eficiência da proteção é afetada devido a turbulência. Vazões mais altas, sem este efeito de turbulência, requerem maiores diâmetros de bocais, condições estas, essenciais para altas correntes. Na tabela seguinte, pode-se observar diversos diâmetros de eletrodos, correntes de trabalho e diâmetros dos bocais.Os bocais são produzidos em diversos comprimentos, sendo que os mais longos provêm um fluxo mais firme e menos turbulento. A maioria dos bocais são cilíndricos, com as extremidades retas ou afuniladas. Os bocais são também disponibilizados com seções alongadas para prolongamento da proteção (veja figura abaixo) ou extremidades alargadas para fornecer melhor proteção para materiais como titânio, que é altamente susceptível à contaminação em altas temperaturas.

2.4 – Eletrodos No processo Solda Tig  :

os eletrodos não são consumíveis e tem o papel de servir como um dos terminais do arco que irá gerar o calor para o processo. Ao aproximar-se da sua temperatura de fusão 3410 o C, o tungstênio torna-se termoiônico, como uma fonte disponível de elétrons. Ele alcança esta temperatura através de aquecimento por resistência e, caso não houvesse um forte efeito de resfriamento pela saída dos elétrons de sua extremidade, esta ponta poderia fundir-se.Os eletrodos são produzidos através de acabamento químico ou mecânico para remoção de imperfeições e impurezas na sua superfície. As capacidades de corrente dos eletrodos devem ser respeitadas ( tabela anterior ) e a sua utilização acima de seu limite causará erosão ou fundição do eletrodo. Com correntes muito baixas haverá instabilidade no arco. Devido ao superaquecimento que provoca, a utilização de eletrodo como pólo positivo em CC ( corrente contínua ) necessita de diâmetros de eletrodos bastante superiores para uma mesma corrente, comparativamente com DCEN ( corrente contínua com eletrodo no pólo negativo ). DCEP ( corrente contínua com eletrodo no pólo positivo ), desta forma, permite uma corrente de apenas aproximadamente 10 % da utilizada para um mesmo eletrodo em DCEN. A corrente para CA ( corrente alternada ) é da ordem de 50 % da corrente em DCEN, para um mesmo eletrodo.

2.5 – Eletrodos de Tungstênio Puro Os eletrodos de tungstênio puro ( EWP ) possuem, no mínimo, 99,5 % de W e tem uma capacidade de corrente inferior que os eletrodos de liga de tungstênio. Entretanto, são muito utilizados em soldagem com CA, pois mantém uma extremidade limpa e arredondada, que provê boa estabilidade ao arco neste processo.

2.6 – Eletrodos Ligados Os eletrodos com óxido de tório, a tória, possuem 1% ou 2% deste material, sendo classificados respectivamente, como EWTh-1 e EWTh-2. A tória incrementa a emissividade termoiônica do tungstênio, permitindo a operação em correntes mais elevadas (aproximadamente 20 % de acréscimo). Os eletrodos torinados mantém um fino perfil da ponta durante a soldagem, o que é desejável na soldagem de aços. Por outro lado, na soldagem CA tornam-se deficientes, pois tem dificuldade de manter a extremidade arredondada. Os eletrodos com óxido de cério ( EWCe-2 ), a céria, possuem características muito semelhantes aos torinados com a vantagem de não trabalhar com um elemento radioativo. Estas mesmas características são mantidas nos eletrodos com óxido de lantânio. Já os eletrodos com óxido de zircônio (EWZr) tem características intermediárias para soldagem entre os eletrodos puros e os torinados. Eles são muito utilizados em soldagem CA pois combinam a estabilidade e ponta arredondada do eletrodo puro e a capacidade de corrente e partida dos eletrodos torinados. Ainda assim, eles possuem resistência à contaminação mais alta que os eletrodos puros. Os eletrodos que não se classifiquem nas designações acima são classificados como EWG, contendo quantidade não especificadas de uma adição não especificada ou uma combinação de óxidos.

2.7 – Configurações da Extremidade do Eletrodo no Processo Solda Tig

A extremidade do eletrodo normalmente é preparada pelo arredondamento, esmerilamento ou afiação química. Via de regra, uma ponta cônica é preparada, mesmo que a extremidade vá ser arredondada para um processo em CA. Arredondamento – Utilizado em processo CA, o arredondamento é realizado pela abertura de uma arco em um bloco de cobre refrigerado a água, utilizando CA ou DCEP. A corrente é aumentada até que a extremidade torne-se branca com o calor e o tungstênio começa a fundir-se, formando uma pequena bola em sua extremidade. A dimensão da extremidade não poderá ser excessiva sob pena de cair esta pequena quando amolecida. Esmerilamento – Para permitir uma maior estabilidade do arco, as pontas cônicas dos eletrodos devem ser obtidas a partir do esmerilamento, com o eletrodo perpendicular ao eixo do rebolo. O rebolo deve ser exclusivo para esta operação para eliminar a possibilidade de contaminação do eletrodo. Afiação química – A afiação química consiste em mergulhar a ponta do tungstênio em rubro em um recipiente contendo nitrato de sódio. A reação causa uma erosão uniforme em torno da circunferência e da extremidade do eletrodo. Repetindo seguidamente tal operação, formase a ponta cônica desejada.

2.8 – Contaminação do Eletrodo no Processo Solda Tig

Normalmente, a contaminação do eletrodo ocorre quando o soldador acidentalmente mergulha o eletrodo na poça ou toca o eletrodo com o metal de adição. Uma proteção imprópria também pode causar oxidação do eletrodo e conseqüente contaminação da solda. Outras fontes de contaminação podem ser : vaporização de metais no arco, erupções ou respingos da poça causados por aprisionamento de gás e evaporação de impurezas superficiais. A contaminação pode afetar as características do arco e causar inclusões no metal de solda. Caso isso ocorra, a operação deve ser interrompida e a porção contaminada do eletrodo deve ser removida, com nova afiação de acordo com as características necessárias na ponta

2.9 – Fontes de Energia As fontes usadas nos processos Solda Tig  são do tipo :

Corrente Constante, pois. uma vez sendo um processo tipicamente manual, ao haver variação no comprimento do arco e consequentemente na tensão, a variação na corrente (que controla a aposição de calor no processo) será mínima. Esta energia necessária pode ser fornecida, AC ou CC, tanto por fontes de transformadores/retificadores, quanto por geradores. As fontes para GTAW apresentam tanto uma resposta em queda (“drooping output”), para fontes do tipo com controle magnético, quanto resposta de saídas aproximadamente de corrente constante, para fontes controladas eletronicamente Na soldagem manual, em locais onde não é possível a colocação de um pedal para controle da corrente, as fontes magnéticas oferecem uma alternativa para faze-lo através do deslocamento do comprimento do arco (veja gráfico acima). Entretanto, devido ao seu alto tempo de resposta, estas fontes não são utilizadas em processos com corrente pulsada. A maior parte deste tipo de fonte é considerada como um circuito aberto de controle, isto é, não há “feed-back” dos parâmetros do processo para a própria fonte. Assim sendo, elas tem menor repetibilidade, precisão e resposta, além de serem menos eficientes e maiores. Suas vantagens estão na simplicidade de operação, baixa manutenção em ambientes industriais e relativo baixo custo.