Misturadores de Gases, Analisadores de Gases, Reguladores de Pressão e Válvulas

Guia Completo sobre Misturadores de Gases e suas diversas aplicações

Autor: Miguel Gil

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Soldar Aço Inox

Qual o melhor gás de proteção?

Qual é o melhor gás para soldar aço inox?

A escolha adequada do gás para solda de aço inox é fundamental para o sucesso da soldagem.

A utilização de aço inoxidável cresceu significativamente na última década no mundo todo. Processos de solda em aço inoxidável vem crescendo em diversos segmentos, tais como farmacêutico, alimentos, energia nuclear, etc.

A medida que cresce o uso de aço inoxidável, aumenta também o número de consumíveis para a soldagem deste material. Como os aços inoxidáveis são usados em aplicações diferentes dos aços carbono, os parâmetros de soldagem também diferem.

ÍNDICE:

1. Soldar Aço Inox - Qual o melhor gás de proteção?

Os dois principais tipos de ligas dessa classe de aço inoxidável são os tipos austeníticos (contendo cromo e níquel – ligas da série 300) e ferrítico (contendo somente cromo – ligas da série 400). Cada liga, aços inoxidáveis austeníticos ou ferríticos, possuem propriedades únicas – e diferentes requisitos de soldagem.

O gás de proteção usado na soldagem MAG (GMAW), a arco de metal a gás, soldagem a arco elétrico com arame tubular (FCAW) ou soldagem TIG (GTAW) a arco de tungstênio a gás, pode ter um impacto significativo nas propriedades e na qualidade da solda, bem como na produtividade da operação de soldagem. As muitas funções de um gás de proteção variam, desde a proteção da piscina de solda derretida da atmosfera, até o controle do tipo de transferência de metal e estabilidade do arco obtida durante a soldagem. Para fazer a escolha adequada do gás de proteção, é necessário entender a demanda de cada processo de soldagem em cada liga de aço inoxidável.

Para soldas de ligas de aço inoxidável austeníticas, é muito importante considerar fatores como reações químicas, solidificação da poça de fusão em níveis aceitáveis de produtividade e acabamento do cordão (coloração e forma da solda).

As misturas de gases usadas para unir aços inoxidáveis frequentemente contêm Argônio por causa de sua natureza inerte, sua capacidade de suportar uma partida fácil do arco e seu método de transferência de metal do tipo spray. Para alguns processos de soldagem, o Hélio pode ser adicionado para conduzir mais calor ao metal base, aumentar a penetração da solda e melhorar a fluidez da poça de fusão. Isso pode levar a maiores velocidades de deslocamento, menor distorção da peça e uma redução geral no custo de solda.

No processo de soldagem MAG com arame tubular, Oxigênio e Dióxido de Carbono (CO2) são adicionados a mistura de gases de proteção, visando melhorar a estabilidade do arco e a fluidez da poça de fusão. Em casos específicos, Nitrogênio ou Hidrogênio podem ser adicionados em pequenas quantidades para refinar as propriedades da solda e melhorar a aparência do cordão em aço inoxidável austenítico. Normalmente, as misturas ternárias são a escolha mais adequada a solda de aço inoxidável.

Para selecionar um gás de proteção ou mistura de gases de proteção, é necessário determinar os materiais a serem soldados, o processo de soldagem e a composição do metal de adição. Abaixo, detalhamos as misturas de gases de proteção disponíveis para aço inox e respectivos processos de soldagem.

2. Solda MAG (GMAW) em aços inoxidáveis austeníticos

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2.1 Misturas de gases BINÁRIAS ou misturas BINÁRIAS

Para solda MAG em aços inoxidáveis, as misturas binárias mais comuns combinam Argônio com Oxigênio ou Argônio e Dióxido de Carbono (CO2), sendo adequadas para transferência por spray convencional ou pulsado.

Para aplicações que demandam alta resistência a corrosão, misturas de Argônio e Oxigênio em baixas concentrações (de 1 à 2%) podem produzir uma transferência de metal semelhante a spray. Como efeito negativo, soldas geradas neste processo, apresentam um revestimento de óxido resistente, o qual pode exigir limpeza após a solda.

As misturas de Argônio/CO2 produzem menos óxido superficial, boa forma e umedecimento do cordão, ampla penetração e qualidade consistente. Como a quantidade de CO2 na mistura de gases influencia o teor de carbono da solda, as misturas com menor teor de CO2 (2 a 5 por cento) geralmente são preferidas pelos usuários. Aumentos na velocidade de deslocamento de até 25% geralmente podem ser alcançados com misturas de 5% de CO2 com Argônio em balanço, considerando a mesma aplicação com misturas combinado 1% de Oxigênio com Argônio em balanço.

2.2 Misturas de gases TERNÁRIAS ou misturas TERNÁRIAS

A maioria das misturas de gases ternárias funciona bem na transferência por curto-circuito, spray e spray pulsado e proporciona excelentes características de soldagem e alta produtividade. O Argônio com adições de 25 à 35% de Hélio e 1 a 2% de CO2 pode proporcionar um aumento de 20% ou mais na velocidade de deslocamento em relação à maioria das misturas binárias, melhorar o controle da distorção do material com menor espessura e otimização do formato e coloração do cordão de solda. Essa mistura é uma escolha apropriada para soldar aço inoxidável com aço carbono (AWS 309) usando transferência por spray pulsado.

Para o aço inoxidável da série 300 (austenítico), é possível obter a coloração e formato ideal do cordão de solda com misturas de gases combinado Argônio com CO2-Hidrogênio. A atmosfera redutora produzida pela adição de Hidrogênio de 1 a 2% minimiza o óxido na superfície do cordão e ajuda a melhorar a fluidez e a penetração.

Durante anos, a mistura de gases padrão da indústria para a soldagem por curto-circuito do aço inoxidável foi a mistura ternária à base de Hélio (85 a 90%), com pequenas adições de Argônio (5 a 10%) e CO2 (2 a 5%). A combinação de Argônio com 2 a 5 por cento de CO2 e 2 a 5 por cento de Nitrogênio produz boa forma e cor do cordão na transferência de curto-circuito, melhorando a velocidade e a produtividade em cerca de 20 por cento. O desempenho desta mistura é quase equivalente a outras misturas ternárias para a soldagem por transferência por spray e por pulverização pulsada da maioria dos aços inoxidáveis austeníticos.

Visando garantir a formação de uma microestrutura apropriada, misturas de gases contendo Nitrogênio devem ser usadas com cuidado ao soldar aço inoxidável a aço carbono.

3. Solda MAG (GMAW) em aços inoxidáveis ferríticos

Os aços inoxidáveis ferríticos são utilizados quando é necessária uma maior resistência à corrosão, mas o custo das classes austeníticas de cromo/níquel não pode ser justificado. Por exemplo, o aço inoxidável ferrítico se tornou o material de escolha para sistemas de escapamento automotivo. O silencioso, o ressonador e o tubo de escape são áreas particularmente vulneráveis à corrosão do interior (condensado de combustão do combustível) e do exterior (exposição à maresia).

Muitas ligas de aços inoxidáveis ferríticos, incluindo 409 e 439, geralmente são soldadas usando processo de solda MAG com eletrodos sólidos ou com núcleo de metal para produzir peças resistentes à corrosão.

3.1 Misturas de gases

O controle do teor de carbono da solda, exigido por vários padrões de fabricação automotiva, pode ser alcançado combinando adequadamente o arame de enchimento com a atmosfera gerada pela mistura de gases de proteção.  Para evitar a captação de carbono no metal de solda, aços inoxidáveis ferríticos são soldados usando misturas de gases com Argônio/Oxigênio para soldagem por transferência por spray e por pulverização pulsada.

Essa abordagem minimiza o aumento do carbono da solda, mas pode reduzir a velocidade de deslocamento da solda.

Dependendo do nível máximo permitido de carbono, as misturas de Argônio com 5 a 10% de CO2, geralmente produzem uma formação química e microestrutura aceitáveis de solda em aço inoxidável ferrítico. Essas misturas podem melhorar a velocidade e a produtividade da soldagem na maioria das aplicações.

Embora essas misturas de gases possam ser usadas com arames sólidos ou com núcleo de metal, a formação química da solda pode ser mais facilmente adaptada para fornecer melhor controle sobre a entrada de calor na soldagem e a penetração do cordão, considerando a utilização de arames com núcleo de metal. Isso é importante ao soldar os materiais de espessura reduzida, normalmente encontrados em aplicações automotivas.

Embora as misturas ternárias possam melhorar ainda mais o desempenho, as misturas de gases binárias contendo Argônio e Dióxido de Carbono atendem ou excedem a maioria dos requisitos para aços inoxidáveis ferríticos.

3.2 Maior produtividade com gases de proteção e troca de arame

Aumento de produtividade com gases de proteção e troca de arame. Um grande fabricante de peças automotivas avaliou várias combinações de arame com núcleo de metal/gás de proteção para produzir um acoplamento flexível crítico para sistemas de escapamento automotivo. A solda circunferencial necessária juntou uma mistura de materiais de base de liga 409, 304, 321 e INCONEL®. O objetivo principal era reduzir defeitos para melhorar as taxas de aceitação de peças e as velocidades de soldagem. A redução de custos foi essencial com a melhoria da qualidade.

EXPERIÊNCIA PRÁTICA

CENÁRIO 1 –  arame sólido com alto teor de silício e extra baixo teor de carbono, diâmetro de 0,035 polegadas (0,9 mm) e atmosfera de proteção formada pela combinação de Argônio/Oxigênio.

PRODUTIVIDADE CENÁRIO 1 – Solda de 03 unidades por minuto.

CENÁRIO 2 –  arame núcleo de cromo/nióbio de diâmetro de 0,045 polegadas (1,2 mm) é utilizado para solda com várias misturas de gases contendo distintas concentrações de Argônio/CO2.

PRODUTIVIDADE CENÁRIO 2 – Solda de mais de 05 unidades por minuto.

No cenário 2, o arame com núcleo de metal, com sua maior taxa de deposição para o mesmo nível de corrente, forneceu excelentes características de umedecimento e um amplo formato de arco, resultando em um formato de cordão plano com penetração aceitável. Pouco ou nenhum retrabalho pós solda foi necessário para atender às especificações do cliente final.

4. Solda arame tubular em aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos

Solda Arame Tubular em Aço Inox

Os arames preenchidos com fluxo são desenvolvidos para uso com composições específicas de gases de proteção. Para aços inoxidáveis austeníticos, a escolha é 100% de CO2 ou 75% de Argônio/25% de CO2. A cobertura de escória na solda limita a absorção de carbono, permitindo a utilização de atmosfera de proteção com alto teor de CO2.

O processo para a escolha da mistura de gases mais adequada, depende principalmente da posição de soldagem e das condições operacionais. Uma mistura de Argônio/CO2 geralmente oferece a maior variedade de operações e facilita o trabalho do soldador. Para a solda com arame tubular, a mistura de gases contendo 25% de CO2 com Argônio em balanço oferece um bom controle para a soldagem fora de posição e uma taxa de distorção reduzida em comparação com uma blindagem de 100% de CO2.

5. Solda TIG em aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos

Solda TIG - Misturador de Gases para Solda MIG MAG TIG, Corte Plasma, Corte a Laser, Tratamento Térmico e Gases para Solda

Os gases de proteção para solda TIG incluem Argônio puro, misturas de Argônio/Hélio e Argônio/Hidrogênio (apenas para as ligas austeníticas). Como visto nos outros processos de solda, também para solda TIG em aço austeníticos e ferríticos, a seleção do gás de proteção é baseada na produtividade, especificação de estabilidade dimensional da peça (distorção) e aspecto/coloração do cordão de solda.

Para solda TIG em aço inox, o Argônio é usado mais amplamente pois proporciona excelente início de arco e baixa condutividade térmica, tornando-o adequado para a solda de peças com espessura reduzida. É adequado para soldagem manual, porque as alterações da tocha no trabalho têm pouco impacto na tensão de operação e o derretimento em materiais finos é limitado.

Na mistura de gases com balanço de Argônio, a adição de até 50% de Hélio ou Hidrogênio (até 5% para soldagem manual) aumenta a condutividade térmica da atmosfera de proteção, permitindo velocidades de soldagem mais rápidas (aumentos de 50 a 100%) e maior produtividade. Além disso, as maiores velocidades de deslocamento ajudam a reduzir a distorção da peça.

Solda TIG em Aços Inoxidáveis Austeníticos e Ferríticos

Quando a solda TIG da liga 300 de aço inoxidável precisa manter a coloração original da peça, o efeito redutor do Hidrogênio em uma mistura de Argônio/Hidrogênio ajuda a diminuir o óxido residual no depósito de solda, minimizando ou eliminando a necessidade de limpeza pós-soldada. À medida que a espessura do metal base aumenta, o teor de Hidrogênio ou Hélio da mistura de Argônio deve aumentar para obter a aparência e a formato desejados do cordão de solda.

6. Conclusão

A definição do gás de proteção ou mistura de gases de proteção é de extrema importância para uma solda adequada em aços inoxidáveis. Na maioria das aplicações de soldagem de aço inoxidável ferrítico e austenítico, as misturas de Argônio/CO2 podem ajudar a melhorar a produtividade e o desempenho, especialmente se forem utilizadas técnicas de transferência de pulverização convencional e pulsada. Quando a aparência do cordão é importante, as misturas ternárias, (três gases combinados) podem fornecer excelentes resultados e ainda, ajudando a reduzir os custos de solda.

DÚVIDAS em qual é o melhor gás para soldar aço inoxidável?

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