As ligas de alumínio são soldadas por arco, sob uma atmosfera inerte (argônio, hélio ou uma mistura dos dois) e existem duas técnicas:
1. SOLDADURA POR ARCO SOB ATMOSFERA INERTE COM ELÉTRODO REFRATÁRIO OU PROCESSO TIG (Tungténe Inert Gas). | Neste procedimento, um arco elétrico é acionado entre um eletrodo refratário de tungstênio e a peça a ser soldada, enquanto um jato de gás inerte, geralmente argônio, ao redor do eletrodo, protege a piscina de fusão contra a oxidação. Uma haste de enchimento portátil alimenta o banho de fusão. Este processo utiliza uma fonte alimentada por corrente alternada estabilizada por HF, especificamente concebida para a soldadura de ligas de alumínio. É usado em espessuras entre 1 e 6 mm e pode ser robotizado.
2. SOLDADURA POR ARCO SOB ATMOSFERA INERTE COM ELÉTRODO CONSUMÍVEL OU PROCESSO MIG (Metal Inert Gas). | Neste processo de soldadura, o alumínio ou liga de alumínio serve como elétrodo e metal de enchimento. É fornecido em fio previamente enrolado em uma bobina, que é automaticamente desenrolado para a ferramenta de soldagem, arma, como é consumido. A potência para soldadura é fornecida por uma fonte de corrente contínua. A ligação é feita com polaridade inversa (-) na peça para garantir tanto a decapagem como a fusão do fio do elétrodo. Este procedimento, que pode ser usado para produtos com espessura superior a 2,5 mm, também é automatável. A versão manual do MIG é comumente chamada de soldagem semiautomática. Há alguns anos, os fabricantes de material de solda vêm propondo fontes de corrente pulsada. Este equipamento permite soldar espessuras finas de 1,5 a 4 mm com muita facilidade. Para espessuras médias e grossas, sua vantagem sobre as fontes clássicas não está comprovada.
A soldadura MIG utiliza sempre materiais de enchimento, enquanto a soldadura TIG pode ou não ser utilizada. As melhores propriedades da junta soldada em termos de resistência, corrosão e ausência de fissuras são obtidas quando são utilizados materiais de enchimento de acordo com a tabela abaixo.
Não existe uma regra geral para a escolha dos materiais de enchimento devido ao tipo de utilização e ao parâmetro mais relevante em cada caso.
O AlMg5 de alto teor de magnésio (EN AW 5356-5556) proporciona maior resistência, enquanto o AlSi5 (EN AW 4043) é mais resistente à fissuração e proporciona um melhor fluxo de metal durante o processo de fusão das ligas endurecidas.
Este tipo de ligas (AlCu – AlMgSi – AlZn), não deve ser soldado com material de enchimento do mesmo grupo de ligas pelo processo de craqueamento. No caso de o material ser anodizado após a soldadura, o material de enchimento AlSi5 deve ser evitado porque assumirá uma cor muito escura na área de soldadura. A fim de reduzir o perigo de corrosão sob tensão e aumentar a resistência, foi adicionado às ligas AlZnMg. Fazer isso também piora a soldabilidade. A pesquisa sugere que um máximo de 0,2% de pode ser adicionado antes que o perigo de rachaduras a quente aumente significativamente. Neste caso, o AlSi5 (EN AW 4043) é escolhido.
A limpeza antes da soldadura é essencial para alcançar bons resultados. A sujidade, os óleos, os resíduos de gordura, a humidade e os óxidos devem ser previamente removidos, por meios mecânicos ou químicos. Para o trabalho normal de oficina, pode ser escolhido o seguinte procedimento:
_1º Remoção de sujidade e desengorduramento a frio com álcool ou acetona.
_2º Lave com água e seque imediatamente para evitar o risco de oxidação.
_3º Remoção mecânica por:
– Escovado com uma escova rotativa de aço inoxidável.
– Raspagem com lixa ou lima abrasiva.
– Por jateamento.
Quando há exigências mais exigentes em relação à preparação, a limpeza química pode ser realizada de acordo com o seguinte esquema:
_1º Remoção de sujidade.
_2º Desengordurado com percloroetileno a 121°C.
_3º Lave com água e seque imediatamente.
_4º Remoção de óxido de alumínio da seguinte forma:
– Limpeza alcalina com, por exemplo, NaOH.
– Limpeza ácida com, por exemplo, HNO3 + HCl + HF.
– Lave com água e seque imediatamente.
– Neutralização com HNO3 (após tratamento com NaOH).
– Banho em água desionizada.
– Secagem imediata com ar quente. Os métodos químicos requerem equipamento dispendioso para o tratamento de superfícies e nem sempre podem ser utilizados por esta razão. No entanto, a remoção de ferrugem ou desengorduramento na área de solda nunca deve ser dispensada.
Como gases de proteção para soldadura MIG e TIG, são sempre utilizados os gases inertes Árgon e Hélio. Durante a soldadura, o gás inerte arrefece o bocal de soldadura e protege o elétrodo e a piscina de fusão ao mesmo tempo. O gás também está envolvido no processo elétrico no arco. Os gases comerciais geralmente utilizados são os seguintes:
_Árgon, pureza 99,95%.
_Argon + Hélio (30/70, 50/50) para soldadura MIG, proporciona um banho de fusão mais largo e quente.
_Hélio para corrente contínua. Na soldadura TIG, proporciona uma fusão mais quente e maior velocidade de soldadura, mas é mais cara e requer maior consumo.
O Árgon Puro é o gás mais utilizado e deve ser utilizado na soldadura normal em oficinas, uma vez que é muito mais económico e requer menos fluxo de gás. O hélio é utilizado apenas quando é necessária uma maior penetração, por exemplo, na soldadura angular ou na soldadura de um material muito espesso.
Quando o alumínio é soldado, diferentes tipos de fumos e gases são produzidos; Tal como no caso da soldadura em aço, a fim de evitar a propagação desta contaminação, é aconselhável a instalação de extratores de fumo e gás. A intensidade do arco é muito maior do que na soldagem de aço e em nenhuma circunstância você deve olhar para o arco sem uma máscara de proteção adequada. A radiação ultravioleta intensa (UV) pode danificar os olhos e a pele, por isso o soldador de alumínio deve usar roupas protetoras que cubram todo o corpo. A quantidade de gás depende do método de soldadura, do material de enchimento e do tipo de liga. A soldadura TIG produz uma quantidade consideravelmente menor de fumo do que a soldadura MIG, devido ao menor teor de energia no arco. Na soldadura MIG, as maiores quantidades de fumo são produzidas pela soldadura de ligas AlZnMg com AlMg5 (EN AW 5356-5556) como material de enchimento. Por esta razão, é necessária uma boa ventilação geral em combinação com medidas individuais, tais como máscaras de ar fresco ou dispositivos locais (no local) de extração de fumo.
O processo elétrico no arco é de grande importância para entender o que acontece na soldagem de alumínio. Em princípio, pode ser soldado com corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). Se olharmos primeiro para o CC, podemos escolher entre dois casos diferentes de polaridades, polaridade negativa e polaridade positiva.
A polaridade negativa cede a maior parte da sua energia para a peça, 70%, para que obtenhamos um banho de fusão profundo, com boa penetração. A carga no elétrodo é reduzida, o que é uma vantagem na soldadura TIG. Uma grande desvantagem de usar essa polaridade é que o arco quebra o filme de óxido, de modo que o pré-tratamento do material é necessário, como preparação cuidadosa das bordas, limpeza muito cuidadosa e bordas chanfradas.
Em combinação com arco pulsado, a chapa fina pode ser soldada a partir de 0,06 mm. A soldadura por corrente contínua e polaridade positiva (polaridade inversa) é utilizada para a soldadura MIG. É típico que, na distribuição de calor, 70% corresponde ao elétrodo. A piscina de fusão é relativamente larga e rasa, resultando em má penetração.
A vantagem decisiva para o uso da polaridade positiva é o efeito de quebra do filme de óxido de arco com tal eficiência que o filme não é mais um obstáculo para alcançar uma boa qualidade de solda. O mecanismo para este efeito de quebra de filme de óxido não é totalmente compreendido, mas uma explicação é que é devido ao bombardeio de superfície de íons metálicos positivos análogos ao jateamento de superfície.
Embora o arco tenha esta propriedade, a remoção da ferrugem não deve ser dispensada antes de iniciar a soldadura. O arco não é capaz de quebrar os filmes de óxido espessos formados durante a laminação a quente, mas apenas as camadas finas que se formam após a limpeza. A soldadura por corrente alternada (CA) implica que a polaridade é alterada aproximadamente 100 vezes por segundo e, portanto, as propriedades da soldadura CA podem ser consideradas como a média entre os dois casos na soldadura por corrente contínua. A distribuição de calor é quase a mesma entre o elétrodo e a peça; A penetração e largura da piscina de fusão situa-se entre os valores que se aplicam aos dois casos anteriores. O arco ainda tem um efeito inovador do filme de ferrugem. A corrente alternada é utilizada na soldadura TIG normal com árgon como gás de blindagem. A corrente absorvida pelo equipamento é alterada devido à ação de moagem do arco; por esta razão, uma máquina de solda TIG foi projetada para compensar este efeito.
O mesmo equipamento pode ser usado para soldagem MIG de alumínio como para soldar aços comCO2. A capacidade da fonte de energia é escolhida de acordo com a produção planejada. Para espessuras de soldadura até 10 mm. é geralmente 250-300 A. O sistema de alimentação deve ser preferencialmente do tipo push-pull, ou seja, uma combinação de efeito push-pull, mas também podem ser utilizados tipos push-only para guias de arame curtas e um diâmetro de fio de 1,6 mm. Devido à sua menor resistência, o alumínio permite o impulso em comprimentos curtos. No entanto, ligas como as do grupo AlMg5 (EN AW 5356-5556) são muito mais duras do que as do grupo AlSi5 (EN AW 4043) e o alumínio puro Al 99.5 (EN AW 1050) permite o impulso em comprimentos mais longos. Em qualquer caso, o comprimento do duto de rosca deve ser sempre o mais curto possível e, ao longo do seu percurso, os raios de curvatura devem ser largos, evitando laços e contornos pronunciados.
O estado dos bicos e condutas deve ser monitorizado periodicamente, limpando-os de lascas e restos de material depositado nos mesmos.
A soldadura MIG é sempre realizada com corrente contínua (CC), com árgon puro como gás de proteção e é adequada para todas as posições de soldadura, mesmo em tetos. A soldadura na posição vertical é sempre feita no sentido ascendente. A qualidade da solda é geralmente elevada, mas o risco de porosidade é sempre maior do que na soldadura TIG, porque como o arco é autorregulado, pode tornar-se temporariamente instável, o que pode causar interferência na entrada de material. Este método é muito adequado para soldadura manual e mecanizada, em espessuras de 3 mm ou mais. Soldadores habilidosos podem soldar material ainda mais fino. No caso de os requisitos de qualidade da solda serem baixos, mesmo materiais mais finos podem ser soldados, mas neste caso o arco não funciona na área de “pulverização” pura, devido à baixa tensão, que induz uma tendência de arco curto. A velocidade de soldadura é para soldadura manual de 0,3 a 0,75 mts./min e para soldadura robótica de 2 a 3 mts./min. Esta velocidade relativamente alta torna o método mais produtivo do que o TIG e, em combinação com a alta densidade de energia no arco, obtém-se uma zona afetada pelo calor (HAZ) mais estreita do que no TIG. Este é um fator favorável, uma vez que a deformação devido à soldadura diminui quando a entrada de energia térmica diminui. Os campos de aplicação do método MIG são muitos, o que levou ao desenvolvimento e refinamento da tecnologia de soldadura.
A maneira usual de unir duas placas em uma junta sobreposta é por soldagem por ponto de resistência. Este método, no entanto, requer um alto investimento em máquinas e é limitado a espessuras de até 4 mm. Como método alternativo, o método MIG pode ser usado para soldagem pontual que pode ser realizada com alguns dos equipamentos MIG padrão, completos com um relé de tempo e um bico de gás. A solda é verificada pressionando a arma contra a folha superior. O tempo de soldagem é ajustado por meio de um relé de tempo, o que garante uma boa reprodutibilidade. A penetração pode ser controlada para garantir que a fundição penetre entre as duas folhas. O método preferido depende da espessura da folha inferior. As vantagens do ponto de vista da construção baseiam-se no facto de poderem ser aceites grandes diferenças de espessura entre a chapa superior e inferior. Quando se trata de grandes espessuras, a soldagem pode ser facilitada na chapa superior perfurando uma broca.
Ao sobrepor uma corrente com uma frequência de 16 – 100 Hz à corrente normal, é possível obter uma pulsação curta, com propriedades tais que material com espessuras inferiores a 3 mm pode ser soldado. A cada pulso máximo, uma gota de material de enchimento é liberada. As vantagens deste método são as seguintes:
A recente utilização de alumínio espesso, particularmente da liga AlMg4.5Mn (EN AW 5083), levou ao desenvolvimento de uma técnica, especialmente adaptada para estes fins, baseada no método MIG. Neste sentido, podemos citar o método NARROW GAP da Sciaky, que com suportes colocados obliquamente um atrás do outro, permite a soldadura de topo sem preparação de arestas e com uma abertura de 6-9 mm para materiais espessos. No Japão, foi desenvolvido o método NHA (NARROW GAP HORIZONTAL welding process for aluminium) para aberturas horizontais. Uma tocha de duplo envoltório com movimento oscilante é guiada automaticamente ao longo da junta. As vantagens destas duas variantes do método MIG são o melhor aproveitamento do calor e o menor volume da vedação, o que leva a um aumento da produtividade.
Tabela de amplificador recomendada para soldadura MIG
| Diámetro da rosca | Corrente (A) |
|---|---|
| 0,8 mm | 80 ÷ 140 |
| 1,2 mm | 120 ÷ 210 |
| 1,6 mm | 160 ÷ 300 |
| 2,4 mm | 240 ÷ 450 |
A soldagem de alumínio por arco de tungstênio e gás de proteção inerte (TIG) usa uma fonte de corrente alternada de 50 Hz, uma corrente de alta frequência (CA) sobreposta. O elétrodo é não fusível feito de tungsténio puro ou tungsténio ligado a zircónio. Este método de soldadura pode ser usado em todas as posições e usado corretamente permite uma solda de alta qualidade. O risco de porosidade é menor do que na soldagem MIG. O arco quebra a película de óxido e, portanto, para o fio automático é usado em bobinas. Por via de regra, a soldadura TIG é usada para espessuras de 0,7 a 10 mm, mas não há realmente nenhum limite superior. A velocidade de soldadura é inferior à do SOLIM.
As bordas devem ser cuidadosamente preparadas para que não haja aberturas entre as placas, pois é muito mais fácil controlar a piscina de fusão se a separação for mínima. Em espessuras superiores a 5 mm, os bordos das juntas a soldar devem ser chanfrados. Quando se trata de soldagem de chapa fina, é mais vantajoso usar um molde para evitar distorções devido ao calor da solda e as separações entre as bordas devido a elas.
Muitas fontes de alimentação TIG são capazes de soldadura por impulso. Para outros, uma unidade adicional pode ser facilmente conectada. O princípio é semelhante ao descrito em MIG – soldagem por pulso, com a única diferença sendo que a soldagem TIG é realizada em uma frequência muito menor, aproximadamente 10 Hz. Isto implica que os pulsos são bem visíveis, o que, a longo prazo, pode ser uma fonte de imitação para o soldador. A técnica pode ser aplicada tanto à soldadura AC como DC. Funciona com dois níveis de corrente. O mais baixo é escolhido para que o arco não saia. O nível mais elevado é geralmente mais elevado do que na soldadura TIG normal. Os períodos dos diferentes níveis podem variar. A vantagem é que uma solda perfeita pode ser alcançada com uma intensidade média de corrente menor do que na soldagem normal. A entrada de calor é menor e o material mais fino pode ser soldado: 0,3 a 0,4 mm. Com as combinações de CC e pulso, espessuras na ordem de 0,05 mm podem ser soldadas.
