1. Características do processo de soldagem manual com gás inerte de tungstênio (TIG)
(1) Princípio de funcionamento
A soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) é um método de soldagem com proteção de gás que usa uma haste de tungstênio como eletrodo e argônio como gás de proteção.
Um arco elétrico é gerado entre o eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho, e o fluxo de gás argônio da tocha de soldagem forma uma camada hermeticamente selada na área do arco.
Isto isola o eletrodo e a poça de metal fundido do ar, evitando sua intrusão. O calor do arco é usado para derreter o metal base e o fio de enchimento para formar uma poça derretida, que solidifica em uma costura de solda após o resfriamento.
O argônio, sendo um gás inerte, não reage quimicamente com o metal, portanto protege adequadamente a poça de metal fundido da oxidação.
O argônio também não se dissolve no metal fundido em altas temperaturas, o que evita a formação de buracos de gás na costura de solda. Assim, o efeito protetor do argônio é eficaz e confiável, produzindo cordões de solda de alta qualidade.
Durante a soldagem, o eletrodo de tungstênio não derrete, portanto a soldagem TIG também é chamada de soldagem a arco com eletrodo não consumível. Com base na fonte de energia utilizada, a soldagem TIG é dividida em corrente contínua (CC), corrente alternada (CA) e tipos pulsados.
(2) Características do Processo
1) Vantagens da soldagem TIG em comparação com outros métodos de soldagem a arco
a. Proteção Superior
A costura de solda de alta qualidade se deve à não reatividade do argônio com os metais e à sua insolubilidade neles. O processo de soldagem é essencialmente um processo simples de fusão e cristalização do metal, resultando em uma costura de solda mais pura e de maior qualidade.
b. Deformação e tensão mínimas
A corrente de gás argônio comprime e resfria o arco, concentrando o calor do arco, o que resulta em uma zona estreita afetada pelo calor. Isto minimiza a deformação e o estresse durante a soldagem, tornando-o particularmente adequado para soldagem de chapas finas.
c. Fácil observação e operação
Por ser um processo de soldagem a arco aberto, é facilmente observável e operável, especialmente adequado para soldagem em todas as posições.
d. Estabilidade
O arco é estável, com respingos mínimos e não há necessidade de remoção de escória após a soldagem.
e. Fácil controle do tamanho da piscina fundida
Como o fio de enchimento e o eletrodo são separados, o soldador pode controlar efetivamente o tamanho da poça de fusão.
f. Ampla gama de materiais soldáveis
Quase todos os materiais metálicos podem ser submetidos à soldagem TIG. É especialmente adequado para soldagem de metais e ligas quimicamente ativas, como alumínio, magnésio, titânio, etc.
2) Desvantagens
a. Maior Custo do Equipamento;
b. Alto potencial de ionização do argônio, difícil ignição de arco, exigindo ignição de arco de alta frequência e dispositivos de estabilização;
c. Soldagem TIG Produz de 5 a 30 vezes mais luz UV do que a soldagem a arco manual, gerando ozônio prejudicial para o soldador, portanto, é necessária proteção reforçada;
d. Medidas de proteção contra vento são necessárias durante a soldagem.
3) Escopo de Aplicação
A soldagem TIG é um método de soldagem de alta qualidade e é amplamente adotado em vários setores.
É particularmente benéfico para metais quimicamente ativos que são difíceis de soldar usando outras técnicas de soldagem a arco, mas que podem facilmente obter cordões de solda de alta qualidade com soldagem TIG.
Além disso, na soldagem de tubos de pressão feitos de aço carbono e aço de baixa liga, a soldagem TIG está sendo cada vez mais utilizada para soldagem de passe de raiz para melhorar a qualidade das juntas soldadas.
2. Parâmetros de soldagem manual com gás inerte de tungstênio (TIG)
Os parâmetros do processo para soldagem TIG manual incluem: tipo e polaridade da fonte de energia, diâmetro do eletrodo de tungstênio, corrente de soldagem, tensão do arco, vazão do gás argônio, velocidade de soldagem, diâmetro do bico, distância do bico à peça de trabalho, e o comprimento da saliência do eletrodo de tungstênio.
A seleção correta e a combinação racional destes parâmetros são essenciais para uma qualidade de soldagem satisfatória.
1) Tipos de juntas e ranhuras
A soldagem TIG é usada principalmente para soldagem de chapas finas com espessura inferior a 5 mm. Os tipos de juntas incluem juntas de topo, sobrepostas, de canto e em T. Para chapas com espessura inferior a 1mm, também podem ser utilizadas juntas flangeadas. Quando a espessura da placa for 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 usadas para juntas de topo de tubos com paredes espessas.
2) Limpeza pré-soldagem
A limpeza pré-soldagem é extremamente importante para garantir a qualidade da junta na soldagem TIG. Sob proteção de gás inerte, o metal fundido não sofre reações metalúrgicas significativas e a oxidação e os contaminantes não podem ser removidos por desoxidação.
Portanto, antes da soldagem, as superfícies das ranhuras da peça, ambos os lados da junta e o arame de enchimento devem ser limpos com um solvente orgânico (gasolina, acetona, tricloroetileno, tetracloreto de carbono, etc.) para remover óleo, umidade, poeira e filmes de óxido.
Para materiais onde a camada superficial de óxido tem uma forte ligação com a camada base, como aço inoxidável e liga de alumínio, métodos mecânicos devem ser usados para remover a camada de óxido.
Normalmente, são usadas escovas de aço inoxidável ou de cobre, rebolos finos ou cintas de lixa.
3) Tipo e Polaridade da Fonte de Energia
O tipo e a polaridade da fonte de alimentação podem ser selecionados com base no material da peça, conforme mostrado na tabela abaixo.
Seleção do tipo de fonte de alimentação e polaridade
| Tipo de fonte de alimentação e polaridade | Material metálico soldado |
| Conexão direta CC | Aço de baixo carbono, aço de baixa liga, aço inoxidável, cobre, titânio e suas ligas |
| Conexão reversa DC | Adequado para soldagem a arco de argônio com eletrodo de derretimento de vários metais, a soldagem a arco de argônio com eletrodo de tungstênio raramente é usada |
| Corrente alternada | Alumínio, magnésio e suas ligas |
Ao usar eletrodo positivo de corrente contínua (DCEP), a peça é conectada ao pólo positivo, que está em uma temperatura mais alta, adequada para soldar peças grossas e metais que dissipam o calor rapidamente.
A haste de tungstênio é conectada ao pólo negativo, que está em temperatura mais baixa, o que pode aumentar a corrente permitida e minimizar o desgaste do eletrodo de tungstênio.
Com eletrodo negativo de corrente contínua (DCEN), o eletrodo de tungstênio é conectado ao pólo positivo, o que resulta em alto desgaste do eletrodo, por isso raramente é usado.
Na soldagem com gás inerte de tungstênio em corrente alternada (AC TIG), durante a meia onda onde a peça é negativa e o eletrodo de tungstênio é positivo, o cátodo tem o efeito de remover a película de óxido, conhecido como efeito de “limpeza do cátodo”.
Ao soldar alumínio, magnésio e suas ligas, que possuem um filme denso de óxido de alto ponto de fusão em sua superfície, se esse filme de óxido não puder ser removido, causará defeitos como fusão incompleta, inclusão de escória, enrugamento na superfície da solda, e porosidade interna.
A meia onda onde a peça de trabalho é positiva e o eletrodo de tungstênio é negativo pode resfriar o eletrodo de tungstênio para reduzir o desgaste. Portanto, a soldagem AC TIG é comumente usada para soldar alumínio altamente oxidante, magnésio e suas ligas.
4) Diâmetro do eletrodo de tungstênio
O diâmetro do eletrodo de tungstênio é selecionado principalmente com base na espessura da peça de trabalho, no tamanho da corrente de soldagem e na polaridade da fonte de energia.
A seleção inadequada do diâmetro do eletrodo de tungstênio pode resultar em um arco instável, desgaste severo da haste de tungstênio e inclusão de tungstênio na solda. (Composição do eletrodo de tungstênio: como eletrodo, o eletrodo de tungstênio é responsável por conduzir a corrente, acender o arco e mantê-lo.
O tungstênio é um metal refratário (ponto de fusão 3410±10°C) com resistência a altas temperaturas (ponto de ebulição 5900°C), 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 soldagem
A corrente de soldagem é selecionada principalmente com base na espessura da peça e na posição espacial. Correntes de soldagem muito grandes ou muito pequenas podem resultar em má formação de solda ou defeitos de soldagem.
Portanto, dentro da faixa de correntes de soldagem permitidas para diferentes diâmetros de eletrodo de tungstênio, a corrente de soldagem deve ser selecionada corretamente, conforme tabela abaixo.
Faixas de corrente permitidas para eletrodos de tungstênio de diferentes diâmetros (com óxidos)
| Diâmetro do eletrodo de tungstênio (milímetros) |
Soldagem a arco de corrente contínua (A) |
Reversão de Corrente Contínua (A) |
Corrente alternada (A) |
| 0,5 | 2-20 | – | 2-15 |
| 1 | 10-75 | – | 15-70 |
| 1.6 | 60-150 | 10-20 | 60-125 |
| 2 | 100-200 | 15-25 | 85-160 |
| 2,5 | 170-250 | 17-30 | 120-210 |
Formato da ponta do eletrodo de tungstênio e faixa de corrente
| Diâmetro do eletrodo de tungstênio /milímetros |
Diâmetro da ponta / milímetros |
Ângulo de ponta /（°） |
Retificação de Corrente Contínua | |
| Corrente contínua constante /A |
Corrente de pulso /A |
|||
| 1 | 0,125 | 12 | 2-15 | 2-25 |
| 1 | 0,25 | 20 | 5-30 | 5-60 |
| 1.6 | 0,5 | 25 | 8-50 | 8-100 |
| 1.6 | 0,8 | 30 | 10-70 | 10-140 |
| 2.4 | 0,8 | 35 | 12-90 | 12-180 |
| 2.4 | 1.1 | 45 | 15-150 | 15-250 |
6) Tensão do Arco
A tensão do arco é determinada pelo comprimento do arco. À medida que a tensão aumenta, a largura da solda aumenta ligeiramente enquanto a penetração diminui.
Ao coordenar a corrente de soldagem e a tensão do arco, o formato da solda pode ser controlado. Quando a tensão do arco é muito alta, é fácil produzir falta de fusão e o efeito de proteção do argônio piora.
Portanto, o comprimento do arco deve ser minimizado tanto quanto possível sem causar curto-circuito. A faixa normal de tensão do arco para soldagem a arco de tungstênio e argônio é de 10 a 24 volts.
7) Fluxo de gás argônio
Para proteger de forma confiável a área de soldagem da poluição do ar, deve haver um fluxo suficiente de gás de proteção. Quanto maior o fluxo de gás argônio, maior será a capacidade da camada protetora de resistir à influência do fluxo de ar.
No entanto, quando a vazão é muito grande, não apenas o argônio será desperdiçado, mas o fluxo do gás protetor também poderá formar turbulência, trazendo ar para a área protegida e reduzindo o efeito protetor.
Portanto, a taxa de fluxo de argônio deve ser selecionada corretamente. A taxa de fluxo de gás geralmente pode ser determinada pela seguinte fórmula empírica:
Q = (0,8 – 1,2)D
Onde:
- Q é a vazão do gás argônio, L/mm
- D é o diâmetro do bico, mm.
(Pureza do argônio: Diferentes metais requerem diferentes purezas de argônio. Por exemplo, para soldagem de aço resistente ao calor, aço inoxidável, cobre e ligas de cobre, a pureza do argônio deve ser superior a 99,70%; para soldagem de alumínio, magnésio e suas ligas, a pureza do argônio deve ser superior a 99,90%; para soldagem de titânio e suas ligas, a pureza do argônio deve ser superior a 99,98%. A pureza do argônio industrial produzido internamente pode chegar a 99,99%, portanto a purificação geralmente não é considerada na produção real. .)
8) Velocidade de soldagem
Quando a velocidade de soldagem aumenta, o fluxo de gás argônio também deve aumentar de acordo. Se a velocidade de soldagem for muito rápida, devido à resistência do ar que afeta o fluxo do gás protetor, a camada protetora pode desviar-se do eletrodo de tungstênio e da poça de fusão, deteriorando assim o efeito protetor.
Ao mesmo tempo, a velocidade de soldagem afeta significativamente a formação da solda. Portanto, uma velocidade de soldagem apropriada deve ser selecionada.
9) Diâmetro do bico
Quando o diâmetro do bico aumenta, o fluxo de gás deve aumentar ao mesmo tempo. Neste momento, a área de proteção é maior e o efeito protetor é melhor.
Mas quando o bico é muito grande, não só o consumo de argônio aumentará, mas a tocha pode não conseguir alcançá-lo ou pode obstruir a linha de visão do soldador e dificultar a observação da operação.
Portanto, o diâmetro do bico para soldagem geral a arco de tungstênio e argônio é melhor entre 5-14 mm.
Além disso, o diâmetro do bico também pode ser selecionado de acordo com a fórmula empírica:
D = (2,5 – 3,5) d
Onde:
- D é o diâmetro do bico (geralmente o diâmetro interno), mm;
- d é o diâmetro do eletrodo de tungstênio, mm.
10) Distância do bocal à peça de trabalho
Aqui nos referimos à distância entre a face final do bico e a peça de trabalho. Quanto menor for esta distância, melhor será o efeito protetor.
Portanto, a distância entre o bico e a peça deve ser a menor possível, mas se for muito pequena torna a operação e a observação inconvenientes. Portanto, a distância normal do bico à peça de trabalho é entre 5 e 15 mm.
11) Comprimento da extensão do eletrodo de tungstênio
Para evitar que o calor do arco danifique o bico, a extremidade do eletrodo de tungstênio se projeta para fora do bico. A distância da extremidade do eletrodo de tungstênio até a face do bico é chamada de comprimento de extensão do eletrodo de tungstênio.
Quanto menor o comprimento da extensão do eletrodo de tungstênio, menor será a distância entre o bico e a peça e melhor será o efeito protetor, mas se estiver muito próximo dificultará a observação da poça de fusão.
Normalmente, ao soldar uma junta de topo, um comprimento de extensão de eletrodo de tungstênio de 3-6 mm é melhor. Ao soldar uma junta de filete, um comprimento de extensão de eletrodo de tungstênio de 7 a 8 mm é melhor.
