Existem diversas técnicas de soldagem para ligas de alumínio, cada uma com seus usos específicos. Além dos métodos convencionais de fusão, resistência e soldagem a gás, outras técnicas avançadas, como soldagem a arco de plasma, soldagem por feixe de elétrons e soldagem por difusão a vácuo, também podem soldar ligas de alumínio com eficácia.
1. Métodos comuns de soldagem para liga de alumínio
Os métodos comuns de soldagem para ligas de alumínio e suas respectivas características e escopo de aplicação são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 Características e escopo de aplicação de métodos comuns de soldagem para liga de alumínio
| Método de soldagem | Característica | Âmbito de aplicação |
|---|---|---|
| Soldagem a gás | Baixa potência térmica, grande deformação da soldagem, baixa produtividade, escória fácil de produzir, trincas e outros defeitos | É usado para soldagem de topo e soldagem de reparo de chapas finas em ocasiões não importantes |
| Soldagem a arco manual | Má qualidade da junta | Usado para soldagem de reparo e reparo geral de peças de alumínio fundido |
| Soldagem TIG | O metal de solda é compacto, a junta tem alta resistência e boa plasticidade, e a junta de alta qualidade pode ser obtida | É amplamente utilizado e pode ser soldado com espessura de placa de 1 ~ 20 mm |
| Soldagem TIG pulsada | O processo de soldagem é estável, a entrada de calor é precisa e ajustável, a deformação da soldagem é pequena e a qualidade da junta é alta | Usado para chapas, soldagem em todas as posições, soldagem de montagem e ligas de alumínio de alta resistência, como alumínio forjado e duralumínio com forte sensibilidade ao calor |
| Soldagem MIG | Alta potência de arco e rápida velocidade de soldagem | Pode ser usado para soldar peças grossas com espessura inferior a 50m |
| Soldagem a arco de argônio pulsado MIG | A deformação da soldagem é pequena, a resistência à porosidade e rachaduras é boa, os parâmetros do processo são amplamente ajustados | É usado para soldagem de chapas ou em todas as posições e geralmente é usado para peças de trabalho com espessura de 2 ~ 12 mm |
| Soldagem a arco plasma | A concentração de calor, velocidade de soldagem, deformação e tensão de soldagem são pequenas, o processo é mais complexo | É usado para soldagem de topo onde a exigência é maior do que a soldagem a arco de argônio |
| Soldagem por feixe de elétrons a vácuo | Os resultados mostram que a penetração é grande, a zona afetada pelo calor é pequena, a deformação da soldagem é pequena e as propriedades mecânicas da junta são boas | Usado para soldar peças soldadas de tamanho pequeno |
| Soldagem a laser | Pequena deformação de soldagem e alta produtividade | É usado para soldagem de peças de precisão |
A seleção de um método de soldagem para alumínio e ligas de alumínio deve ser baseada na qualidade do material, na espessura do componente a ser soldado, na estrutura do produto e no nível desejado de soldabilidade.
Leitura relacionada: Soldagem MIG vs TIG
(1) Soldagem a gás
A potência térmica de uma chama de soldagem de oxigênio-acetileno é baixa, fazendo com que o calor seja disperso e resultando em deformação significativa da soldagem e baixa produtividade.
Ao soldar soldas grossas de alumínio, é necessário pré-aquecimento.
O metal de solda produzido por esse método possui grão grosso e estrutura solta, o que o torna propenso a defeitos como inclusão de alumina, porosidade e trincas.
Este método de soldagem só deve ser usado para reparar peças estruturais de alumínio sem importância e peças fundidas com espessura de 0,5 a 10 mm.
(2) Soldagem TIG
Este método, conhecido como soldagem TIG, é realizado sob proteção de argônio, o que resulta em uma fonte de calor mais concentrada e combustão de arco estável. Isso resulta em um metal de solda mais denso, com alta resistência e plasticidade, tornando-o amplamente utilizado na indústria.
Embora a soldagem TIG seja um método ideal para soldagem de ligas de alumínio, seu equipamento é complexo, tornando-o menos adequado para operações externas.
(3) Soldagem MIG
O processo automático e semiautomático de soldagem por arco metálico a gás (GMAW) tem diversas vantagens, incluindo alta potência de arco, calor concentrado e uma pequena zona afetada pelo calor. Sua eficiência de produção é 2 a 3 vezes maior que a do GMAW manual.
GMAW pode ser usado para soldar placas de alumínio puro e ligas de alumínio com espessura inferior a 50 mm. Por exemplo, o pré-aquecimento não é necessário para placas de alumínio com espessura de 30 mm, e apenas as camadas frontal e posterior precisam ser soldadas para obter uma superfície lisa e uma solda de alta qualidade.
A soldagem semiautomática com gás inerte de tungstênio (TIG) é ideal para soldagem precisa, soldagem curta e intermitente e soldagem em estruturas irregulares.
A tocha de soldagem a arco de argônio semiautomática fornece soldagem conveniente e flexível, mas o diâmetro do fio de soldagem é menor e a solda é mais propensa à porosidade.
(4) Soldagem a arco de argônio pulsado
(1) Soldagem com gás inerte de tungstênio pulsado (TIG)
Este método melhora significativamente a estabilidade dos processos de soldagem de baixa corrente e permite fácil controle da potência do arco e da formação da solda, ajustando vários parâmetros. A soldagem tem deformação mínima e zona afetada pelo calor, tornando-a ideal para soldagem de placas finas, soldagem em todas as posições e soldagem de materiais sensíveis ao calor, como alumínio forjado, alumínio duro e alumínio superduro.
(2) Soldagem a arco de argônio com pulso de gás inerte metálico (MIG)
Este método é adequado para soldagem em todas as posições de folhas de liga de alumínio com espessura de 2 a 10 mm.
(5) Soldagem por pontos de resistência e soldagem por costura
Pode ser utilizado para soldar chapas de liga de alumínio com espessura inferior a 4 mm.
Para produtos com requisitos de alta qualidade, soldagem por pontos por ondas de choque DC e soldagem por costura podem ser utilizadas.
A soldagem requer equipamentos sofisticados, altas correntes de soldagem e alta produtividade, tornando-a particularmente adequada para produção em massa de peças e componentes.
(6) Soldagem por fricção e mistura
A soldagem por fricção e mistura (FSW) é um tipo de tecnologia de união de estado sólido que pode ser usada para soldar várias placas de liga.
Comparado aos métodos tradicionais de soldagem por fusão, o FSW oferece diversas vantagens, como ausência de respingos, redução de poeira, dispensa de fio de soldagem ou gás de proteção e ausência de poros e rachaduras na junta.
Além disso, comparado ao atrito comum, o FSW não é limitado pelas peças do eixo e pode produzir soldas retas.
Este método de soldagem também apresenta vários outros benefícios, incluindo propriedades mecânicas melhoradas, eficiência energética, poluição reduzida e baixos requisitos de preparação antes da soldagem.
Devido ao baixo ponto de fusão do alumínio e das ligas de alumínio, o FSW é particularmente adequado para estes materiais.
2. Materiais de soldagem para alumínio
(1) Fio de soldagem
Ao soldar ligas de alumínio usando soldagem a gás ou soldagem TIG, recomenda-se o uso de fio de adição.
Os fios de soldagem de alumínio e ligas de alumínio podem ser categorizados em dois tipos: homogêneos e heterogêneos.
Para obter uma junta de soldagem forte e confiável, é importante escolher o material de enchimento apropriado para o metal base utilizado.
Ao selecionar um fio de soldagem para ligas de alumínio, é importante considerar vários fatores, incluindo os requisitos de composição, propriedades mecânicas, resistência à corrosão, rigidez estrutural, cor e resistência a trincas do produto acabado.
Usar um metal de adição com temperatura de fusão inferior à do metal base pode reduzir significativamente o risco de trincas intergranulares na zona afetada pelo calor.
Para ligas não tratadas termicamente, a resistência da junta soldada aumenta na seguinte ordem: série 1000, série 4000 e série 5000.
É importante ressaltar que os arames de soldagem da série 5000 contendo mais de 3% de magnésio não devem ser utilizados em estruturas com temperaturas de serviço acima de 65°C, pois essas ligas são altamente suscetíveis à fissuração por corrosão sob tensão nessas condições.
Para evitar fissuras, recomenda-se frequentemente a utilização de um metal de adição com um teor de liga mais elevado do que o metal base.
Os arames de soldagem mais comumente usados para ligas de alumínio são arames de qualidade padrão com composições semelhantes ao metal base. Na ausência de um fio de soldagem padrão, uma tira pode ser cortada do metal base e usada como enchimento.
Uma escolha popular de fio de soldagem é o HS311, que é conhecido por sua boa fluidez, encolhimento mínimo durante a solidificação e excelente resistência a trincas. Para melhorar ainda mais o tamanho do grão, a resistência à trinca e as propriedades mecânicas da solda, pequenas quantidades de elementos de liga como Ti, V, Zr e outros são frequentemente adicionados como modificadores.
Deve-se prestar atenção às seguintes questões ao selecionar o fio de soldagem de liga de alumínio:
(1) Sensibilidade a fissuras nas juntas de solda
O principal fator que afeta a sensibilidade à trinca é a compatibilidade do metal base e do fio de soldagem.
Usar um metal de solda com temperatura de fusão mais baixa que o metal base pode reduzir a sensibilidade à trinca tanto do metal de solda quanto da zona afetada pelo calor.
Por exemplo, ao soldar a liga 6061 com um teor de silício de 0,6%, usar a mesma liga da solda resulta em uma sensibilidade à trinca muito alta.
No entanto, o uso do fio de soldagem ER4043 com 5% de silício proporciona boa resistência à trinca, pois sua temperatura de fusão é inferior à da liga 6061 e possui maior plasticidade durante o resfriamento.
Além disso, é aconselhável evitar a combinação de Mg e Cu no metal de solda, pois o Al-Mg-Cu possui alta sensibilidade à trinca.
(2) Propriedades Mecânicas da Junta de Solda
O alumínio puro industrial tem a menor resistência, enquanto as ligas de alumínio da série 4000 estão no meio e as ligas de alumínio da série 5000 têm a maior resistência.
Embora o fio de soldagem Al-Si tenha alta resistência a trincas, ele apresenta baixa plasticidade.
Portanto, para juntas que requerem processamento de deformação plástica após a soldagem, é melhor evitar o fio de soldagem de silicone.
(3) Desempenho da junta soldada
A escolha do metal de adição não se baseia apenas na composição do metal base, mas também na geometria da junta, nos requisitos operacionais de resistência à corrosão e nos requisitos de aparência da soldagem.
Por exemplo, para garantir que um recipiente tenha boa resistência à corrosão ou para evitar a contaminação de produtos armazenados, um recipiente que armazene peróxido de hidrogênio requer uma liga de alumínio de alta pureza.
Neste caso, a pureza do metal de adição deve ser pelo menos igual à do metal base.
(2) Haste de soldagem
O modelo, especificações e aplicações da haste de soldagem de liga de alumínio são exibidos na Tabela 2. A Tabela 3 mostra a composição química e as propriedades mecânicas do eletrodo de liga de alumínio.
Tabela 2 Tipo (marca), especificação e aplicação de vareta de solda de alumínio e ligas de alumínio
| Tipos | Nota | Tipos de pele | Material do núcleo | Especificação do eletrodo/mm | Propósito | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Tipo base | Alumínio puro | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldagem de placa e recipiente de alumínio puro |
| E4043 | L209 | Tipo base | Liga de Al Si | 3.2,4.5 | 345〜355 | Placa de alumínio para soldagem, fundição de alumínio e silício, liga de alumínio em geral, alumínio forjado, duralumínio (exceto liga de alumínio e magnésio) |
| E3003 | L309 | Tipo base | Liga de alumínio manganês | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldagem de liga de alumínio manganês, alumínio puro e outras ligas de alumínio |
Tabela 3 Composição química e propriedades mecânicas de eletrodos de alumínio e ligas de alumínio
| Tipos | Nota | Tipos de skins | Tipos de fonte de alimentação | Composição química do núcleo de solda/% | Resistência à tração do metal depositado / MPa | Resistência à tração da junta soldada / MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Tipo base | DCEP (eletrodo de corrente contínua positivo) | Si+Fe≤0,95,Co0,05〜0,20 Mn≤0,05,Be≤0,0008 Zn≤0,10,outros≤0,15 AI≥99,0 | ≥64 | ≥80 |
| E4043 | L209 | Tipo base | DCEP | Si4,5〜6,0,Fe≤0,8 Cu≤0,30,Mn≤0,05 Zn≤0,10,Mg≤0,0008 outros≤0,15,Al Rem. |
≥118 | ≥95 |
| E3003 | L309 | Tipo base | DCEP | Si≤0,6,Fe≤0,7 Cu0,05〜0,20,Mn1,0 〜1,5 Zn≤0,10, outros≤0,15 Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
Leitura relacionada: Como escolher a haste de soldagem certa?
(3) Gás de proteção
Os gases inertes preferidos para soldagem de ligas de alumínio são argônio e hélio.
Os requisitos técnicos para o argônio são um nível de pureza de 99,9% ou superior, um teor de oxigênio inferior a 0,005%, um teor de hidrogênio inferior a 0,005%, um teor de umidade inferior a 0,02 mg/L e um teor de nitrogênio inferior a 0,015%.
Um aumento nos níveis de oxigênio e nitrogênio degrada a atomização catódica.
Se o teor de oxigênio for superior a 0,3%, a perda de queima do eletrodo de tungstênio se intensificará e se o teor de oxigênio exceder 0,1%, a superfície da solda ficará opaca ou enegrecida.
Para soldagem TIG, o argônio puro é selecionado para soldagem AC mais HF, que é adequado para soldagem de placas espessas. Para soldagem com eletrodo positivo DC, é utilizada uma mistura de Ar + He ou Ar puro.
Para placas com espessura inferior a 25 mm, utiliza-se argônio puro.
Para placas com espessura de 25-50 mm, utiliza-se uma mistura de Ar + He com 10% a 35% de Ar.
Para placas com espessura de 50-75 mm deve-se utilizar uma mistura de Ar + He com 10% a 35% ou 50% He.
Para chapas com espessura superior a 75 mm, recomenda-se uma mistura de Ar + He com 50% a 75% He.
3. Processo de soldagem de liga de alumínio
1. Soldagem a gás de liga de alumínio
A eficiência térmica da soldagem a gás oxigênio-acetileno é baixa e o aporte de calor não é concentrado, fazendo com que a qualidade e o desempenho da junta não sejam altos. Além disso, é necessário um fluxo ao soldar alumínio e ligas de alumínio, e os resíduos devem ser removidos após a soldagem.
Apesar dessas desvantagens, o equipamento de soldagem a gás é comumente utilizado para soldar ligas de alumínio com baixos requisitos de qualidade, como chapas finas e peças pequenas, bem como para reparar ligas de alumínio e peças fundidas. Isto se deve à sua simplicidade, à falta de necessidade de fonte de alimentação e à sua natureza conveniente e flexível.
(1) Forma conjunta de soldagem a gás
As juntas sobrepostas e as juntas em T não são ideais para soldagem a gás de ligas de alumínio porque é difícil remover o fluxo residual e a escória de soldagem na folga. Portanto, é recomendado o uso de juntas de topo sempre que possível.
Para garantir uma soldagem completa sem colapso ou queimadura, recomenda-se o uso de uma placa de apoio com ranhura. A placa de apoio é normalmente feita de aço inoxidável ou cobre puro.
A soldagem com uma placa de apoio pode obter uma boa conformação reversa e melhorar a produtividade da soldagem.
(2) Seleção de fluxo para soldagem a gás
Ao soldar ligas de alumínio a gás, o uso de fluxo é necessário para garantir um processo de soldagem suave e boa qualidade de solda. O fluxo, também conhecido como fluxo de gás, remove a película de óxido e outras impurezas da superfície da liga de alumínio durante a soldagem.
A principal função do fluxo é remover a película de óxido formada na superfície do alumínio durante a soldagem, melhorar a molhabilidade do metal base e promover a formação de uma microestrutura de solda densa.
O fluxo normalmente é borrifado diretamente na ranhura da peça a ser soldada antes da soldagem ou adicionado à poça derretida do fio de soldagem.
Os fluxos de liga de alumínio são normalmente feitos de cloretos de elementos como potássio, sódio, cálcio e lítio. Esses compostos são moídos, peneirados e misturados em proporções específicas para criar o fluxo.
Por exemplo, a criolita de alumínio (Na3AlF6) pode derreter alumina a 1000°C, e o cloreto de potássio pode transformar alumina refratária em cloreto de alumínio fusível. O fluxo possui baixo ponto de fusão e boa fluidez, o que também pode melhorar a fluidez do metal fundido e garantir a formação adequada da solda.
(3) Seleção do bico de soldagem e chama
As ligas de alumínio têm forte tendência a oxidar e absorver ar. Durante a soldagem a gás, é importante utilizar chama neutra ou chama fraca de carbonização (com excesso de acetileno) para evitar a oxidação do alumínio. Isto manterá a poça de alumínio fundido sob uma atmosfera redutora e evitará a oxidação.
É terminantemente proibido o uso de chama de oxidação, pois oxidará fortemente o alumínio e dificultará o processo de soldagem.
Entretanto, se houver muito acetileno, o hidrogênio livre pode se dissolver na poça fundida, causando porosidade na solda e soltando-a.
(4) Ponto de solda
Para evitar alterações no tamanho e na posição relativa durante a soldagem, é necessária uma pré-soldagem por pontos.
A soldagem a gás tem um alto coeficiente de expansão linear, rápida velocidade de condução de calor e grande área de aquecimento, portanto as soldas de posicionamento devem ser mais densas do que aquelas para peças de aço.
O fio de enchimento utilizado para soldagem de posicionamento é o mesmo utilizado para soldagem de produto. Antes de posicionar a soldagem, uma camada de fluxo de gás deve ser aplicada na folga da solda.
A potência da chama durante a soldagem de posicionamento deve ser ligeiramente maior do que durante a soldagem a gás.
(5) Operação de soldagem a gás
Ao soldar materiais de aço, a temperatura de aquecimento pode ser determinada observando a mudança de cor do aço. No entanto, isso não é possível na soldagem de ligas de alumínio, pois não há mudança óbvia de cor durante o aquecimento.
Para controlar a temperatura de soldagem, o tempo de soldagem pode ser determinado com base nas seguintes observações:
- Quando a superfície da peça aquecida muda de branco brilhante para branco prateado opaco, com filme de óxido de superfície enrugado e metal flutuante na área de aquecimento, a temperatura de fusão está prestes a ser atingida e a soldagem pode ser realizada.
- Quando a extremidade do fio de soldagem imerso em fluxo e a parte aquecida podem ser fundidas com o material original, a temperatura de fusão foi atingida e a soldagem pode ser realizada.
- Quando a borda do metal base cai, o metal base atingiu a temperatura de fusão e a soldagem pode prosseguir.
Para chapas soldadas a gás, pode-se utilizar o método de soldagem à esquerda, com o fio de soldagem na frente da chama de soldagem. Isto ajuda a evitar o superaquecimento da poça de fusão e o crescimento de grãos ou a queima na zona afetada pelo calor, reduzindo a perda de calor.
Para metais básicos com espessura superior a 5 mm, o método de soldagem correto pode ser usado, com o fio de soldagem atrás da tocha de soldagem. Isto minimiza a perda de calor, aumenta a profundidade de fusão e melhora a eficiência do aquecimento.
Ao soldar a gás peças com menos de 3 mm de espessura, o ângulo de inclinação da tocha deve ser de 20-40°. Para peças grossas, o ângulo de inclinação da tocha deve ser de 40-80°, com um ângulo entre o fio de soldagem e a tocha de 80-100°.
Para soldagem a gás de ligas de alumínio, é melhor completar a junta em uma passagem, pois a deposição de uma segunda camada pode resultar na inclusão de escória na solda.
(6) Tratamento pós-soldagem
A corrosão das juntas de alumínio causada por fluxo residual e escória na superfície da solda a gás é uma causa potencial de danos futuros à junta.
Dentro de 1-6 horas após a soldagem a gás, é necessário limpar o fluxo residual e a escória para evitar a corrosão da soldagem.
O processo de limpeza após a soldagem envolve as seguintes etapas:
- Após a soldagem, mergulhe a peça soldada em banho de água quente a 40-50°C. É melhor usar água quente corrente e escovar a solda, o fluxo residual e a escória perto da solda com uma escova de cerdas até ficar limpa.
- Mergulhe a soldagem em uma solução de ácido nítrico. Quando a temperatura ambiente estiver acima de 25°C, a concentração da solução deve ser de 15-25% e o tempo de imersão deve ser de 10-15 minutos. Quando a temperatura ambiente é de 10-15°C, a concentração da solução deve ser de 20-25% e o tempo de imersão deve ser de 15 minutos.
- Mergulhe a peça soldada em água quente (40-50°C) por 5-10 minutos.
- Enxágue a soldagem com água fria por 5 minutos.
- A soldagem pode ser deixada secar ao ar ou seca em estufa ou com ar quente.
2. Soldagem TIG de liga de alumínio
Também conhecida como soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG), envolve o uso de tungstênio como eletrodo para gerar um arco entre o tungstênio e a peça de trabalho. O calor gerado pelo arco derrete o metal a ser soldado, que é então unido pelo fio de enchimento para formar uma junta de soldagem sólida.
A soldagem por arco de argônio de alumínio utiliza as propriedades de “atomização catódica” do argônio para remover a película de óxido da superfície.
O processo de soldagem TIG protege o eletrodo de tungstênio e a área de soldagem, protegendo-os com um gás inerte, como o argônio, que é emitido pelo bico. Isto ajuda a evitar qualquer reação entre a área de soldagem e o ar circundante.
O processo de soldagem TIG é ideal para soldar chapas finas com espessura inferior a 3mm. Isso resulta em menos deformação da peça em comparação com a soldagem a gás e a soldagem a arco manual.
O método de soldagem AC TIG é particularmente útil para soldagem de ligas de alumínio, pois o cátodo pode remover a película de óxido e prevenir a corrosão. Isto resulta numa superfície brilhante e lisa, com uma forma de junta irrestrita. O fluxo de argônio também resfria a junta rapidamente, melhorando sua microestrutura e propriedades, tornando-a adequada para soldagem em todas as posições.
Porém, o processo de soldagem TIG requer uma limpeza mais rigorosa antes da soldagem devido à ausência de fluxo. A soldagem AC TIG e a soldagem TIG de pulso AC são os métodos preferidos para soldagem de ligas de alumínio, seguidas pela soldagem TIG reversa DC.
Em geral, a soldagem AC é mais comumente usada para ligas de alumínio, pois fornece a melhor combinação de capacidade de condução de corrente, controle e limpeza do arco. Quando a conexão positiva DC (eletrodo conectado ao eletrodo negativo) é usada, o calor gerado na superfície da peça resulta em penetração profunda e uma corrente de soldagem maior pode ser usada para um determinado tamanho de eletrodo.
Este método não requer pré-aquecimento mesmo para seções espessas e causa deformação mínima do metal base. No entanto, o método de soldagem TIG de conexão reversa DC (eletrodo para eletrodo positivo) raramente é usado para soldagem de alumínio. Apesar disso, oferece vantagens como profundidade de fusão rasa, fácil controle do arco e bons efeitos de purificação para soldagem contínua ou soldagem de reparo de trocadores de calor de parede fina e componentes semelhantes com espessura de tubo inferior a 2,4 mm.
(1) Eletrodo de tungstênio
O ponto de fusão do tungstênio é 3410°C.
O tungstênio tem forte capacidade de emissão de elétrons em altas temperaturas.
Ao adicionar vestígios de elementos de terras raras, como tório, cério e zircônio, a eficiência da emissão de elétrons diminui significativamente e a capacidade de transporte de corrente é significativamente melhorada.
Na soldagem TIG de ligas de alumínio, um eletrodo de tungstênio é utilizado principalmente para conduzir corrente, iniciar um arco e manter a combustão normal do arco.
Os materiais de eletrodo de tungstênio comumente usados incluem tungstênio puro, tório-tungstênio e cério-tungstênio.
(2) Parâmetros do processo de soldagem
Para obter excelente formação e qualidade da solda, os parâmetros do processo de soldagem devem ser selecionados com base nos requisitos técnicos da soldagem.
Os principais parâmetros do processo para soldagem TIG manual de ligas de alumínio incluem o tipo de corrente, polaridade, tamanho da corrente, vazão do gás de proteção, comprimento de extensão do eletrodo de tungstênio e distância entre o bico e a peça de trabalho.
Os parâmetros do processo para soldagem TIG automática também incluem tensão do arco (comprimento do arco), velocidade de soldagem e velocidade de alimentação do arame.
Dependendo do material e espessura a ser soldado, os parâmetros do processo incluirão o diâmetro e formato do eletrodo de tungstênio, diâmetro do fio de soldagem, tipo de gás de proteção, vazão do gás, diâmetro do bico, corrente de soldagem, arco tensão, velocidade de soldagem e esses parâmetros podem ser ajustados com base nos resultados reais da soldagem até que atendam aos requisitos desejados.
A seguir estão as principais considerações para selecionar os parâmetros de soldagem TIG para liga de alumínio:
- Diâmetro do bocal e fluxo de gás de proteção: O diâmetro do bico para soldagem TIG de liga de alumínio é normalmente de 5 a 22 mm, enquanto a vazão do gás de proteção é geralmente de 5 a 15 l/min.
- Comprimento do eletrodo de tungstênio e distância bocal-peça: Para soldas de topo, o comprimento de extensão do eletrodo de tungstênio é normalmente de 5 a 6 mm, enquanto para soldas de ângulo é de 7 a 8 mm. A distância entre o bico e a peça é geralmente em torno de 10 mm.
- Corrente e tensão de soldagem: A corrente e a tensão de soldagem estão relacionadas a fatores como espessura da placa, tipo de junta, posição de soldagem e nível de habilidade do soldador. Na soldagem TIG manual, quando se utiliza alimentação CA e solda com espessura inferior a 6 mm, a corrente máxima de soldagem pode ser calculada pela fórmula I = (60 ~ 65) d, onde D é o diâmetro do eletrodo. A tensão do arco é determinada principalmente pelo comprimento do arco, que deve ser aproximadamente igual ao diâmetro do eletrodo de tungstênio.
- Velocidade de soldagem: Para minimizar a deformação durante a soldadura TIG da liga de alumínio, deve ser utilizada uma velocidade de soldadura mais rápida. Na soldagem TIG manual, o soldador ajusta a velocidade conforme necessário com base no tamanho e formato da poça de fusão e nas condições de fusão em ambos os lados. A velocidade geral de soldagem é de 8-12 m/h, enquanto na soldagem TIG automática a velocidade permanece constante uma vez definidos os parâmetros do processo.
- Diâmetro do fio: O diâmetro do fio de soldagem é geralmente proporcional à espessura da placa e à corrente de soldagem.
Defeitos comuns e causas de soldagem de alumínio
Causas do fechamento dos estômatos
- Impurezas no fornecimento de gás argônio ou vazamentos na tubulação de argônio
- Limpeza inadequada do fio de soldagem ou da ranhura do metal base antes da soldagem ou contaminação após a limpeza
- Corrente ou velocidade de soldagem incorreta
- Má proteção da poça de fusão, arco instável, comprimento de arco prolongado ou extensão excessiva do eletrodo de tungstênio.
Medidas preventivas:
- Garanta a pureza do fornecimento de gás argônio limpando completamente a tubulação e o fio de soldagem e evite a recontaminação soldando imediatamente após a limpeza.
- Atualize o gasoduto de fornecimento de gás, escolha a taxa de fluxo de gás apropriada e ajuste o comprimento da extensão do eletrodo de tungstênio conforme necessário.
- Selecione corretamente os parâmetros do processo de soldagem.
- Considere usar um processo de pré-aquecimento e instalar dispositivos à prova de vento no local de soldagem para evitar a interferência do vento.
Causas de rachaduras de solda
- Seleção incorreta da composição da liga do fio de soldagem
- Teor insuficiente de magnésio na solda (menos de 3%) ou impurezas excessivas, como ferro e silício
- Alta temperatura de fusão do fio de soldagem levando a rachaduras de liquefação na zona afetada pelo calor
- Projeto de junta inadequado, concentração excessiva de soldagem ou temperatura excessivamente alta na zona de aquecimento causando tensão de restrição excessiva
- Altos níveis de turbulência, tempo de exposição prolongado ou superaquecimento dos tecidos
- Crateras não preenchidas resultando em rachaduras.
Medidas preventivas:
- Certifique-se de que a composição do fio de soldagem corresponda à do metal base.
- Use uma placa de impacto de arco ou um dispositivo de atenuação de corrente para preencher o poço de arco.
- Projete adequadamente a estrutura de soldagem, organize as costuras de soldagem de maneira razoável, evite concentrações de tensão e escolha a sequência de soldagem apropriada.
- Ajuste a corrente de soldagem ou aumente a velocidade de soldagem conforme necessário.
Causas da penetração incompleta da solda
- Velocidade de soldagem rápida, comprimento de arco longo, pequena folga de soldagem, ângulo ou corrente ou grande borda romba
- Presença de rebarbas na borda da ranhura ou sujeira na borda inferior da peça
- Ângulo de inclinação incorreto entre a tocha de soldagem e o fio de soldagem
Medidas preventivas:
- Selecione corretamente a folga, a borda romba, o ângulo da ranhura e os parâmetros do processo de soldagem.
- Limpe completamente a película de óxido, fluxo, escória e óleo.
- Melhorar a técnica de soldagem.
Causas da inclusão de tungstênio na solda
- Arco de contato
- Formato inadequado da ponta do eletrodo de tungstênio ou corrente de soldagem excessiva que leva ao desprendimento do eletrodo
- Uso indevido de gás oxidante fazendo com que o enchimento toque na ponta quente do eletrodo de tungstênio
Medidas preventivas:
- Use ignição por arco pulsado de alta frequência e alta tensão.
- Escolha o formato apropriado para a ponta do eletrodo de tungstênio com base na corrente selecionada.
- Reduza a corrente de soldagem, aumente o diâmetro do eletrodo de tungstênio ou diminua seu comprimento.
- Substitua o gás inerte.
- Melhore a técnica de soldagem e evite o contato entre o fio de enchimento e o eletrodo de tungstênio.
Causas do corte inferior
- Grande corrente de soldagem, alta tensão do arco, oscilação irregular da tocha, enchimento insuficiente do fio ou velocidade de soldagem rápida
Medidas preventivas:
- Reduza a corrente de soldagem e a tensão do arco, mantenha a oscilação uniforme da tocha, aumente a velocidade de alimentação do arame ou reduza a velocidade de soldagem conforme apropriado.
4. Processo de soldagem de reparo convencional de peças fundidas
Os defeitos nas peças fundidas de liga de alumínio geralmente podem ser reparados através da soldagem a arco de argônio, com melhores resultados utilizando a soldagem AC TIG.
Ao usar soldagem de reparo para corrigir defeitos de fundição, é importante limpar o fio de soldagem e as peças antes de soldar, selecionar materiais de fio de soldagem apropriados e usar fio de soldagem de arco curto e ângulo pequeno. Na prática, tem havido muitas experiências bem-sucedidas com diferentes tipos de defeitos, como o uso de baixa corrente de soldagem sempre que possível.
O fio de soldagem deve ter uma composição de liga superior à do metal base para complementar qualquer liga queimada durante a soldagem de reparo e manter a consistência na composição da solda.
Para peças fundidas com defeitos de fissuras, devem ser feitos furos para evitar fissuras em ambas as extremidades antes da soldagem de reparo. A peça deve ser pré-aquecida e soldada utilizando um método de soldagem à esquerda para observar o derretimento da solda. O arame deve ser preenchido para formar uma poça de fusão totalmente molhada.
Quando o defeito é grande, uma fina camada de surfactante (surfactante ATIG) pode ser aplicada na posição de soldagem para aumentar a eficiência durante a soldagem TIG tradicional. O surfactante faz com que o arco de soldagem encolha ou o fluxo de metal na poça de fusão mude, resultando em maior penetração da solda.
Na soldagem AC TIG de liga de alumínio, uma camada de SiO2 o agente ativo pode ser aplicado à superfície da solda para alterar a penetração, reduzir o pré-aquecimento e facilitar o processo de soldagem.
5. Características da soldagem de alumínio e ligas de alumínio
(1) O alumínio é altamente sujeito à oxidação no ar e durante a soldagem, formando óxido de alumínio (Al2O3) que possui alto ponto de fusão e é muito estável, dificultando sua remoção. Isto dificulta a fusão e fusão do material de base. O filme de óxido pesado não surge facilmente, levando a inclusões de escória, fusão incompleta e penetração insuficiente.
A película de óxido superficial do alumínio e a grande quantidade de umidade adsorvida podem causar porosidade na solda. Antes da soldagem, uma limpeza rigorosa da superfície deve ser realizada utilizando métodos químicos ou mecânicos para remover esta película de óxido. A proteção deve ser reforçada durante o processo de soldagem para evitar oxidação. Ao utilizar soldagem com gás inerte de tungstênio, uma fonte de corrente alternada deve ser selecionada para remover o filme de óxido através de “limpeza catódica”.
Na soldagem a gás, um fluxo deve ser usado para remover a película de óxido. Na soldagem de chapas grossas, o calor de soldagem pode ser aumentado. Por exemplo, o calor do arco de hélio é alto, então a proteção de gás misto de hélio ou argônio-hélio pode ser usada, ou uma soldagem a arco com proteção de gás de grande especificação pode ser empregada. No caso de ligação positiva em corrente contínua, não é necessária “limpeza catódica”.
(2) A condutividade térmica e a capacidade térmica específica do alumínio e das ligas de alumínio são mais que o dobro das do aço carbono e do aço de baixa liga. A condutividade térmica do alumínio é dezenas de vezes maior que a do aço inoxidável austenítico.
Durante o processo de soldagem, uma grande quantidade de calor pode ser rapidamente conduzida para o metal base, portanto, ao soldar alumínio e ligas de alumínio, além da energia consumida na fusão da poça metálica, mais calor é desperdiçado em outras partes do metal. Este desperdício de energia é mais significativo do que na soldagem de aço.
Para obter juntas soldadas de alta qualidade, devem ser utilizadas, tanto quanto possível, fontes de energia com energia concentrada e alta potência. Às vezes, o pré-aquecimento e outras medidas de processo também podem ser adotadas.
(3) O coeficiente de expansão linear do alumínio e suas ligas é aproximadamente duas vezes maior que o do aço carbono e do aço de baixa liga. O alumínio sofre uma significativa contração de volume após a solidificação, levando a deformações e tensões consideráveis na solda, necessitando de medidas para evitar a deformação da soldagem. As poças de solda de alumínio são propensas a furos de contração, porosidade, trincas a quente e alta tensão interna durante a solidificação.
Na produção, ajustar a composição do fio de soldagem e o processo de soldagem pode prevenir a ocorrência de trincas a quente. O fio de soldagem de liga de alumínio e silício pode ser usado para soldar ligas de alumínio, exceto ligas de alumínio e magnésio, onde a resistência à corrosão é permitida. Nas ligas de alumínio e silício, a tendência à trinca a quente é maior quando o teor de silício é de 0,5%.
À medida que o teor de silício aumenta, a faixa de temperatura de cristalização da liga diminui, a fluidez melhora significativamente, a taxa de encolhimento diminui e a tendência para rachaduras a quente reduz correspondentemente. Com base na experiência de produção, o craqueamento a quente não ocorre quando o teor de silício é de 5% a 6%. Portanto, o uso de hastes SAlSi (com teor de silício entre 4,5% e 6%) para soldagem pode resultar em melhor resistência à trinca.
(4) O alumínio tem forte refletividade à luz e ao calor. Não há mudança de cor perceptível durante a transição sólido-líquido, dificultando o julgamento durante as operações de soldagem. O alumínio de alta temperatura tem baixa resistência, dificultando o suporte da poça de fusão e fácil de queimar.
(5) O alumínio líquido e suas ligas podem dissolver uma grande quantidade de hidrogênio, enquanto o alumínio no estado sólido dificilmente o dissolve. Durante a solidificação e resfriamento rápido da poça de soldagem, o hidrogênio não tem tempo suficiente para escapar, levando facilmente à formação de poros de hidrogênio. A umidade na atmosfera da coluna do arco, os materiais de soldagem e a umidade adsorvida pela película de óxido superficial do material original são fontes críticas de hidrogênio na costura de solda. Portanto, as fontes de hidrogénio devem ser rigorosamente controladas para evitar a formação de poros.
(6) Os elementos de liga tendem a evaporar e queimar, causando uma diminuição no desempenho da costura de solda.
(7) Se o metal base do material original for deformado ou sofrer reforço por envelhecimento por solução, o calor da soldagem pode reduzir a resistência da zona afetada pelo calor.
6. Conclusãomissão
A soldagem a arco TIG e MIG, que é conveniente e econômica, pode ser usada para soldagem e reparo de ligas de alumínio.
Quando a soldagem por feixe de alta energia e a soldagem por fricção são usadas na soldagem de liga de alumínio, os problemas de queima de elementos de liga, amolecimento de juntas e deformação de soldagem podem ser resolvidos de forma eficaz. A soldagem por fricção, em particular, é uma conexão de estado sólido que tem os benefícios adicionais de ser ecologicamente correta.
Quando métodos convencionais de soldagem de reparo são usados para reparar defeitos em peças fundidas de liga de alumínio, é importante prestar atenção à limpeza antes da soldagem, selecionando um enchimento de fio de soldagem adequado e seguindo as especificações corretas do processo de soldagem. A soldagem de reparo AC TIG é normalmente preferida para evitar defeitos de soldagem.
A fim de melhorar a qualidade da soldagem de reparo de peças fundidas de liga de alumínio, métodos especiais de soldagem de reparo podem ser usados em combinação com a situação real quando os defeitos de fundição são únicos e as condições permitem.
