Para realizar a soldadura por arco metálico a gás, o equipamento básico necessário é uma pistola de soldadura, uma unidade de alimentação do fio, uma fonte de alimentação da soldadura, um fio de eléctrodo de soldadura e uma fonte de gás de protecção.
Pistola de soldadura e unidade de alimentação do fioEditar
A típica pistola de soldadura GMAW tem um número de peças chave – um interruptor de controlo, uma ponta de contacto, um cabo de alimentação, um bico de gás, um condutor e um revestimento do eléctrodo e uma mangueira para gás. O interruptor de controle, ou gatilho, quando pressionado pelo operador, inicia a alimentação do fio, a energia elétrica e o fluxo de gás de blindagem, causando o golpe de um arco elétrico. A ponta de contato, normalmente feita de cobre e às vezes tratada quimicamente para reduzir os respingos, é conectada à fonte de energia de soldagem através do cabo de energia e transmite a energia elétrica ao eletrodo enquanto direciona para a área de soldagem. Deve ser firmemente fixado e dimensionado adequadamente, pois deve permitir a passagem do eléctrodo enquanto mantém o contacto eléctrico. No caminho até a ponta do contato, o fio é protegido e guiado pelo conduto e revestimento do eletrodo, o que ajuda a evitar o encurvamento e a manter uma alimentação ininterrupta do fio. O bico de gás direciona o gás de blindagem uniformemente para a zona de soldagem. Um fluxo inconsistente pode não proteger adequadamente a área de soldagem. Bocais maiores fornecem um maior fluxo de gás de proteção, o que é útil para operações de soldagem de alta corrente que desenvolvem um maior pool de solda derretida. Uma mangueira de gás dos tanques de proteção de gás fornece o gás para o bocal. Às vezes, uma mangueira de água também é incorporada à pistola de soldagem, resfriando a pistola em operações de alto calor.
A unidade de alimentação do fio fornece o eletrodo para o trabalho, conduzindo-o através do conduto e sobre a ponta de contato. A maioria dos modelos fornece o fio a uma taxa de alimentação constante, mas máquinas mais avançadas podem variar a taxa de alimentação em resposta ao comprimento e voltagem do arco. Alguns alimentadores de fio podem atingir taxas de avanço de até 30 m/min (1200 in/min), mas as taxas de avanço para GMAW semiautomático normalmente variam de 2 a 10 m/min (75 – 400 in/min).
Tool styleEdit
O suporte de eletrodo mais comum é um suporte semi-automático refrigerado a ar. O ar comprimido circula através dele para manter temperaturas moderadas. É utilizado com níveis de corrente mais baixos para soldar juntas de colo ou de topo. O segundo tipo de suporte de eléctrodo mais comum é o semiautomático refrigerado a água, onde a única diferença é que a água toma o lugar do ar. Utiliza-se com níveis de corrente mais elevados para soldar juntas em T ou cantos. O terceiro tipo de suporte típico é um suporte automático de eléctrodos arrefecido a água, que é normalmente utilizado com equipamentos automatizados.
Fonte de alimentaçãoEditar
A maior parte das aplicações da soldadura por arco metálico a gás utilizam uma fonte de alimentação de tensão constante. Como resultado, qualquer mudança no comprimento do arco (que está diretamente relacionada à tensão) resulta em uma grande mudança na entrada e corrente de calor. Um comprimento de arco mais curto provoca uma entrada de calor muito maior, o que faz com que o eléctrodo de fio derreta mais rapidamente e assim restaura o comprimento original do arco. Isto ajuda os operadores a manter o comprimento do arco consistente mesmo na soldagem manual com pistolas de soldagem portáteis. Para obter um efeito semelhante, às vezes é utilizada uma fonte de corrente constante em combinação com uma unidade de alimentação de arame com tensão controlada. Neste caso, uma mudança no comprimento do arco faz com que a taxa de alimentação do fio se ajuste para manter um comprimento de arco relativamente constante. Em raras circunstâncias, uma fonte de alimentação de corrente constante e uma unidade de alimentação de fio constante podem ser acopladas, especialmente para a soldagem de metais com altas condutividades térmicas, como o alumínio. Isto garante ao operador um controle adicional sobre a entrada de calor na solda, mas requer uma habilidade significativa para realizar com sucesso.
A corrente alternada é raramente usada com GMAW; em vez disso, é empregada corrente contínua e o eletrodo é geralmente carregado positivamente. Como o ânodo tende a ter uma maior concentração de calor, isso resulta em uma fusão mais rápida do fio de alimentação, o que aumenta a penetração da solda e a velocidade de soldagem. A polaridade só pode ser revertida quando são utilizados fios especiais de eletrodos revestidos emissivos, mas como estes não são populares, raramente é utilizado um eletrodo com carga negativa.
ElectrodeEdit
O eletrodo é um fio de liga metálica, chamado de fio MIG, cuja seleção, liga e tamanho, é baseada principalmente na composição do metal a ser soldado, na variação do processo utilizado, no projeto da junta e nas condições da superfície do material. A seleção do eletrodo influencia muito as propriedades mecânicas da solda e é um fator chave da qualidade da solda. Em geral, o metal de solda acabado deve ter propriedades mecânicas semelhantes às do material de base, sem defeitos como descontinuidades, contaminantes arrastados ou porosidade dentro da solda. Para atingir esses objetivos, existe uma grande variedade de eletrodos. Todos os eletrodos comercialmente disponíveis contêm metais desoxidantes como silício, manganês, titânio e alumínio em pequenas porcentagens para ajudar a prevenir a porosidade do oxigênio. Alguns contêm metais desoxidantes, como titânio e zircônio para evitar a porosidade do nitrogênio. Dependendo da variação do processo e do material base a ser soldado, os diâmetros dos eletrodos usados em GMAW normalmente variam de 0,7 a 2,4 mm (0,028 – 0,095 pol.), mas podem ser tão grandes quanto 4 mm (0,16 pol.). Os menores eletrodos, geralmente até 1,14 mm (0,045 pol.) estão associados ao processo de transferência de metal em curto-circuito, enquanto os eletrodos mais comuns do processo de transferência por pulverização são normalmente de pelo menos 0,9 mm (0,035 pol.).
Gás de proteçãoEditar
Gases de blindagem são necessários para a soldagem do arco metálico de gás para proteger a área de soldagem de gases atmosféricos como nitrogênio e oxigênio, que podem causar defeitos de fusão, porosidade e fragilização do metal de soldagem se entrarem em contato com o eletrodo, o arco, ou o metal de soldagem. Este problema é comum a todos os processos de soldagem por arco; por exemplo, no antigo processo SMAW (Shielded-Metal Arc Welding), o eletrodo é revestido com um fluxo sólido que evolui com uma nuvem protetora de dióxido de carbono quando derretido pelo arco. No GMAW, entretanto, o fio do eletrodo não tem um revestimento de fluxo, e um gás de proteção separado é empregado para proteger a solda. Isto elimina a escória, o resíduo duro do fluxo que se acumula após a soldagem e deve ser lascado para revelar a solda completa.
A escolha de um gás de proteção depende de vários fatores, mais importante o tipo de material a ser soldado e a variação do processo a ser utilizado. Os gases inertes puros, como o argônio e o hélio, são utilizados somente na soldagem não ferrosa; com o aço não proporcionam uma penetração adequada da solda (argônio) ou provocam um arco errático e favorecem os respingos (com hélio). O dióxido de carbono puro, por outro lado, permite soldas de penetração profunda, mas favorece a formação de óxidos, o que afeta negativamente as propriedades mecânicas da solda. seu baixo custo torna-a uma opção atraente, mas devido à reatividade do plasma do arco, os respingos são inevitáveis e a soldagem de materiais finos é difícil. Como resultado, o argônio e o dióxido de carbono são frequentemente misturados em uma mistura de 75%/25% a 90%/10%. Geralmente, em curto-circuito GMAW, o maior teor de dióxido de carbono aumenta o calor e a energia da soldadura quando todos os outros parâmetros de soldadura (volts, corrente, tipo de eléctrodo e diâmetro) são mantidos iguais. Como o teor de dióxido de carbono aumenta mais de 20%, o GMAW de transferência de pulverização torna-se cada vez mais problemático, especialmente com diâmetros de eletrodo menores.
Argon também é comumente misturado com outros gases, oxigênio, hélio, hidrogênio e nitrogênio. A adição de até 5% de oxigênio (como as maiores concentrações de dióxido de carbono mencionadas acima) pode ser útil na soldagem de aço inoxidável, entretanto, na maioria das aplicações o dióxido de carbono é preferido. O aumento do oxigênio faz com que o gás de proteção oxide o eletrodo, o que pode levar à porosidade no depósito se o eletrodo não contiver desoxidantes suficientes. O excesso de oxigênio, especialmente quando usado em aplicações para as quais não é prescrito, pode levar à fragilidade na zona afetada pelo calor. As misturas de argônio-hélio são extremamente inertes e podem ser utilizadas em materiais não ferrosos. Uma concentração de hélio de 50-75% aumenta a tensão necessária e aumenta o calor no arco, devido à maior temperatura de ionização do hélio. O hidrogênio é às vezes adicionado ao argônio em pequenas concentrações (até cerca de 5%) para soldar peças de níquel e de aço inoxidável grosso. Em maiores concentrações (até 25% de hidrogênio), pode ser utilizado para soldar materiais condutores, como o cobre. Entretanto, não deve ser utilizado em aço, alumínio ou magnésio, pois pode causar porosidade e fragilização por hidrogênio.
Misturas de gases de proteção de três ou mais gases também estão disponíveis. Misturas de argônio, dióxido de carbono e oxigênio são comercializadas para a soldagem de aços. Outras misturas adicionam uma pequena quantidade de hélio às combinações argônio-oxigênio. Estas misturas permitem tensões de arco e velocidades de soldagem mais elevadas. O hélio também serve por vezes como gás base, com pequenas quantidades de árgon e dióxido de carbono adicionados. No entanto, por ser menos denso que o ar, o hélio é menos eficaz a proteger a solda do que o argônio, que é mais denso que o ar. Também pode levar a problemas de estabilidade e penetração do arco, e a respingos aumentados, devido ao seu plasma de arco muito mais enérgico. O hélio também é substancialmente mais caro do que outros gases de proteção. Outras misturas gasosas especializadas e muitas vezes proprietárias reivindicam benefícios ainda maiores para aplicações específicas.
Embora seja venenoso, quantidades vestigiais de óxido nítrico podem ser usadas para evitar a formação de ozônio ainda mais problemático no arco.
A taxa desejável de fluxo de gás de blindagem depende principalmente da geometria da solda, velocidade, corrente, tipo de gás e modo de transferência de metal. A soldagem de superfícies planas requer um fluxo maior do que a soldagem de materiais ranhurados, uma vez que o gás se dispersa mais rapidamente. Velocidades de soldagem mais rápidas, em geral, significam que mais gás deve ser fornecido para fornecer uma cobertura adequada. Além disso, uma corrente mais alta requer um fluxo maior e, geralmente, é necessário mais hélio para fornecer uma cobertura adequada do que se for utilizado argônio. Talvez o mais importante, as quatro variações primárias de GMAW têm requisitos diferentes de fluxo de gás de proteção – para as pequenas piscinas de solda dos modos de curto-circuito e pulverização pulsante, cerca de 10 L/min (20 pés3/h) é geralmente adequado, enquanto para a transferência globular, cerca de 15 L/min (30 pés3/h) é preferível. A variação da transferência de pulverização normalmente requer mais fluxo de gás de proteção devido à sua maior entrada de calor e, portanto, uma piscina de solda maior. As quantidades típicas de fluxo de gás são aproximadamente 20-25 L/min (40-50 pés3/h).
GMAW-based 3-D printingEdit
GMAW também tem sido usado como um método de baixo custo para objetos metálicos de impressão em 3-D. Várias impressoras 3-D de código aberto foram desenvolvidas para usar GMAW. Tais componentes fabricados em alumínio competem com os componentes fabricados mais tradicionalmente em resistência mecânica. Ao formar uma má solda na primeira camada, as peças GMAW impressas em 3-D podem ser removidas do substrato com um martelo.