Soldagem a Plasma - PAW
Bruno Teixeira Vieira
Fábio de Paiva Cota
Hudson Martins Esteves
Lenir de Abreu Junior
Soldagem a Plasma
Engenharia Mecânica
UFSJ
Introdução

Soldagem a Plasma
A definição de plasma é tida como o
quarto estado da matéria. Quando
adiciona mais energia no gás,
propriedades como temperatura e
características
elétricas
são
modificadas.
Este
processo
é
chamado ionização, ou seja criação
de elétrons livres e íons entre os
átomos do gás.
Engenharia Mecânica
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Introdução


Soldagem a Plasma
Quando isso acontece, o gás tornase
um
“plasma”,
sendo
eletricamente condutor pelo fato de
os elétrons livres transmitirem a
corrente elétrica.
Quanto menor for a secção, maior
será a temperatura no gás plasma,
devido a dificuldade da passagem
de elétrons.
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Arco Plasma



Soldagem a Plasma
Em uma tocha de arco plasma a ponta do
eletrodo é recolhida em um bocal, através
do qual o gás plasma flui;
O gás passa pelo arco elétrico formando o
plasma;
Aquecido dentro do bocal, o gás sofre
uma enorme expansão, e sai em um
pequeno orifício, adquirindo velocidades
na ordem de 6Km/s, acentuando o
fenômeno de dissociação.
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Arco Plasma


Quando fora do bocal,
os íons recombinamse para voltar ao
estado
gasoso,
liberando uma energia
tal
que
leva
a
temperaturas
acima
de 25000oC;
Esta energia é então
utilizada para fundir o
metal base e o metal
de adição.
Soldagem a Plasma
Engenharia Mecânica
UFSJ
Princípios básicos do processo de
soldagem plasma



Soldagem a Plasma
Utiliza eletrodos não consumíveis e gases
inertes;
O gás plasma recombinado não é
suficiente para a proteção da região
soldada e da poça de fusão, assim é
fornecido um fluxo de gás suplementar e
independente, para a proteção contra
contaminação atmosférica;
O fluxo de gás que constituirá o jato
plasma, circunda o eletrodo e passa
através
de
um
orifício
calibrado
constringindo o arco elétrico.
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Princípios básicos do processo de
soldagem plasma

O fluxo de gás de
proteção corre entre
o corpo que contém o
orifício
e
uma
cobertura exterior.
Soldagem a Plasma
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Fontes de energia



Soldagem a Plasma
A fonte de energia utilizada é de corrente
constante,
podendo
ser
retificador,
gerador ou inversores, utilizando corrente
continua, polaridade direta;
As fontes para soldagem plasma diferem
das de corte, porque no corte a tensão
em vazio do equipamento deve ser
superior a 200V;
Fontes de tensão em vazio entre 65 V e
80V podem ser adaptadas para soldagem.
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Tocha de Soldagem

As tochas são providas de
um
punho
para
o
manuseio do soldador, um
conjunto de pinças para a
fixação
do
eletrodo,
condutos para passagem
do
gás
e
água
de
refrigeração, um bico de
cobre com o orifício para a
construção
do
arco
elétrico e um bocal de
cerâmica para a isolação e
proteção do operador.
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Tocha de Soldagem

Soldagem a Plasma
Algumas
tochas
têm somente um
orifício central para
a passagem do gás
e
arco,
outras
possuem
outros
orifícios
para
a
passagem do gás
auxiliar, permitindo
maiores
velocidades
de
soldagem.
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Tocha de Soldagem

Soldagem a Plasma
O diâmetro do orifício central deve ser
escolhido de acordo com a corrente
elétrica a ser utilizada.
Diâmetro do
orifício (mm)
Corrente
Elétrica (A)
0,76
1,32
2,18
1 a 25
20 a 55
40 a 100
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Eletrodos


Soldagem a Plasma
O eletrodo utilizado é de tungstênio
(comercialmente puro tungstênio
99,5%), ou tungstênio dopado com
tório ou zircônio, não sendo
consumível.
Para cortes em alta velocidade temse utilizado eletrodo de tungstênio
dopado com óxido de lantânio, de
vida mais longa.
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Gases


Pode-se utilizar o mesmo tipo de gás
tanto para a formação do plasma,
quanto para a proteção adicional da poça
de fusão;
O argônio tem sido o preferido na
soldagem com baixas correntes em
função do seu maior potencial de
ionização, além de promover uma
melhor limpeza das camadas de óxidos
de metais reativos e facilita a abertura
do arco elétrico.
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Gases


Soldagem a Plasma
Pode-se aplicar outros gases inertes
como o hélio puro ou misturado
com argônio, porém estes requerem
tensões mais altas para a abertura
do arco;
O He desenvolve maior energia do
plasma, porém necessita de uma
refrigeração do bocal do orifício
mais eficiente.
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Gases

Soldagem a Plasma
A seleção do gás de proteção
depende do tipo e da espessura do
metal de base a ser soldado.
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Soldagem a Plasma
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Soldagem a Plasma
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Metais de Adição

Soldagem a Plasma
A maioria das soldagens por este
processo não requer metal de
adição face a sua concentração de
calor e facilidade de fusão das
partes,
porém,
caso
haja
necessidade, o metal de adição
apresenta-se na forma de vareta ou
arame enrolado em bobinas.
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Metais de Adição


Soldagem a Plasma
Na soldagem manual a técnica de
deposição do material é por
gotejamento, sendo adicionado por
umas das mãos enquanto a outra
controla o banho de fusão;
Na soldagem automática, a bobina
de arame é colocada em um
alimentador
automático
com
velocidade constante.
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Metais de adição

Este
sistema
é
utilizado quando a
corrente ultrapassa
100 A, e pode ainda
ser aplicado com
pré-aquecimento do arame por efeito “Jaule”
passando-se uma corrente elétrica através
deste antes de atingir a poça de fusão.
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Corrente de Soldagem


Soldagem a Plasma
No processo conhecido como micro
plasma trabalha-se com correntes
iniciais em faixas tão baixas quanto
0,1 à 1 A e máximo de 20 A, ou
elevadas pois o processo admite a
utilização de correntes até 500 A;
Costuma-se demarcar 100 A como
limite de baixas correntes, e acima
são chamadas de altas correntes.
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Configuração da corrente

Soldagem a Plasma
Típica é a corrente continua,
polaridade direta, porém para
soldagem de alumínio, trabalha-se
com polaridade inversa ou corrente
alternada, esta ultima causa uma
certa instabilidade de arco.
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Tensão

Soldagem a Plasma
A tensão de arco é menos sensível a
uma variação do comprimento do
arco, garantindo assim uma maior
estabilidade dos parâmetros sendo
superiores às do processo TIG, em
valores de 50V ou maiores.
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Técnicas

O processo a arco plasma possui
duas técnicas principais, sendo:

arco transferido;

não transferido.
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Arco plasma transferido

Soldagem a Plasma
É o sistema mais comum. Após a
abertura do arco piloto entre o
eletrodo e o bocal, o arco se
transfere
para
a
peça
por
aproximação,
fluindo
para
a
mesma, extinguindo-se o arco
piloto. Ao se afastar a pistola da
peça, o arco extingue-se.
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Arco plasma não transferido


Soldagem a Plasma
O arco piloto é intensificado
(“soprado”) para fora do bocal
aproveitando-se o calor gerado pelo
mesmo;
O jato plasma emergente é utilizado
principalmente
para
corte
de
materiais
não
metálicos
(não
condutores) e revestimentos por
aspersão de pós metálicos (ou
cerâmicos) fundidos.
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Técnicas
Soldagem a Plasma
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Técnicas operacionais

Soldagem a Plasma
A soldagem a plasma pode ser
utilizada
em
três
modos
de
operação:

Microplasma;

Melt-in;

Key hole.
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Microplasma


Soldagem a Plasma
União de chapas de 0,1 a 1 mm de
espessura;
Gás de proteção é geralmente uma
mistura de argônio-hidrogênio com um
teor de H2 até 10%, já que o H2 possui
alta condutibilidade térmica, permitindo a
retirada de calor nas zonas limítrofes do
núcleo
do
plasma
impedindo
um
alargamento do arco elétrico.
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Melt-in

Soldagem a Plasma
Consiste na união de chapas finas
(sem adição de arame) de 0,5mm
até 3,0mm de espessura de aços
carbonos
não
revestidos
e
revestidos (galvanizados) e aços
inoxidáveis.
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Key hole

Soldagem a Plasma
Técnica utilizada para a soldagem plasma
mecanizada ou robotizada dos aços
inoxidáveis. Possibilita soldagem de
chapas de até 10mm de espessura com
altíssima qualidade.
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Técnicas operacionais
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Técnicas operacionais
Soldagem a Plasma
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Equipamentos

Soldagem a Plasma
Tocha
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Equipamentos

Soldagem a Plasma
Fonte de energia
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Equipamentos

Soldagem a Plasma
Alimentador de arames
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Equipamentos

Soldagem a Plasma
Recirculador de água
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Equipamentos
Soldagem a Plasma
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Vantagens


Vantagens do processo em relação ao
processo TIG ou outros processos:
Maior concentração de energia e densidade
de corrente, consequentemente, menores
distorções,
maiores
velocidades
de
soldagem e maiores penetrações;
Maior estabilidade do arco em baixos níveis
de corrente, permitindo a soldagem de
finas espessuras (a partir de 0,05 mm)
Soldagem a Plasma
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Vantagens


O arco é mais “homogêneo” e de maior
extensão, permitindo melhor visibilidade
operacional, maior constancia da poça de
fusão e menor sensibilidade a variações
no comprimento do arco;
Menor probabilidade de contaminação do
cordão por inclusões de tungstênio e de
contaminação do eletrodo pelo material
de adição uma vez que o mesmo
encontra-se dentro do bocal.
Soldagem a Plasma
Engenharia Mecânica
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Desvantagens




Soldagem a Plasma
Alto custo do equipamento (2 a 5
vezes mais que o TIG);
Manutenção da pistola mais
frequente (orificio calibrado) e cara;
Maior consumo de gases;
Exigencia de maior qualificação de
mão de obra.
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Barreira de mercado

Soldagem a Plasma
Uma das explicações para o insucesso
inicial da soldagem a plasma pode estar
no modo como o processo foi introduzido
no mercado; a expressão “Soldagem a
Plasma” trazia à mente dos usuários um
processo complexo e com alta tecnologia
agregada. Sob o ponto de vista de
“marketing”, usar a palavra Plasma para
descrever uma modificação do processo
TIG pode ter prejudicado sua
receptividade.
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Barreira de mercado

Soldagem a Plasma
Os fabricantes de equipamentos deveriam
ter divulgado o potencial de aplicação do
novo processo e as vantagens sobre os
processos convencionais. Na história do
processo Plasma houve uma certa
tendência por parte dos fornecedores de
equipamentos de disponibilizar muita
informação acerca de como funcionava o
processo e pouca informação em relação
ao que o processo era capaz de fazer.
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Aplicações industrial




É mais utilizado na fabricação de equipamentos de aços
inoxidáveis, com chapas de espessuras médias (3 a 8
mm) e dos que requerem cordões longos, como tanques e
reatores para a indústria química e de bebidas;
Indústria aeroespacial, na soldagem de ligas especiais de
alumínio;
Apesar de menos comum, pode ser aplicado em uniões de
aços ao carbono, como na soldagem da parte superior de
amortecedores destinados à indústria automobilística.
Outros exemplos pode-se mencionar a fabricação de
radiadores, a soldagem de pontos críticos em motores de
automóveis e a soldagem de componentes elétricos, como
chapas para transformadores e alternadores.
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