BRPI0413603B1

BRPI0413603B1 - método para a soldagem a arco de metal sob gás com um eletrodo de arame consumível

Info

Publication number: BRPI0413603B1
Application number: BRPI0413603A
Authority: BR
Inventors: Jeremy B Neff; Kevin A Lyttle
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2016-11-01
Also published as: EP1682302A1; ES2434839T3; EP1682302B1; EP1682302A4; US20050040143A1; MXPA06001910A; BRPI0413603A; CA2536366A1; CA2536366C; US7161109B2; WO2005018863A1

Abstract

"método para a soldagem a arco de metal sob gás com um eletrodo de arame consumível, e, mistura gasosa protetora para uso com uma soldagem a arco de metal sob gás de aços revestidos". esta invenção refere-se a um método para a soldagem a arco de metal sob gás de aços revestidos e um gás protetor para a mesma. o gás protetor é constituído de até 6 a 10 porcento em volume de dióxido de carbono; de 6 a 10 porcento em volume de hélio; e o restante sendo argônio.

Description

“MÉTODO PARA A SOLDAGEM A ARCO DE METAL SOB GÁS COM UM ELETRODO DE ARAME CONSUMÍVEL” Campo da invenção Esta invenção refere-se à soldagem a arco de metal sob gás e mais particularmente, a um processo melhorado para a soldagem a arco de metal sob gás que pode melhorar significativamente a qualidade e a aparência da solda bem como proporcionar produtividade maior para a soldagem de aços revestidos, por exemplo, de aços galvanizados, galvanizados e recozidos e aluminizados.

Fundamentos da invenção Soldagem a arco de metal sob gás, comumente referida à soldagem "GMAW" ou "MIG", é um processo de soldagem a arco elétrico no qual o arco é protegido da atmosfera ambiente por um gás ou uma mistura gasosa. Metal é transferido para uma peça de trabalho por meio do arco de um eletrodo de arame consumível. O eletrodo de arame consumível é continuamente alimentado ao arco em uma velocidade pré-selecionada correspondendo a uma dada velocidade de deposição para um dado tamanho de arame. O tipo ótimo de transferência metálica empregado com o processo de arco metálico a maçarico é um arco de pulverização no qual gotículas metálicas finas são transferidas em uma maneira muito controlada através do afastamento do arco. Muito pouco salpico é produzido usando esta técnica de soldagem. O tipo de transferência de metal pode ser obtido apenas com uma certa combinação de gases protetores e parâmetros de soldagem e assim é geralmente produzido apenas dentro de uma faixa de condições bastante estreita.

Tipicamente os gases protetores de soldagem a arco de metal sob gás têm compreendido apenas dióxido de carbono ou têm compreendido misturas de argônio, dióxido de carbono, oxigênio ou hélio. Cada gás protetor conhecido possui uma faixa específica conhecida dentro da qual o processo com aquele gás será aceitavelmente bem executado. Hélio, se empregado na mistura gasosa, está presente em uma concentração em geral acima de 20 porcento e é usado para conferir características especiais à solda mas apenas quando seu custo alto puder ser justificado. O emprego de aços revestidos tem aumentado no decorrer de alguns anos passados. Problemas típicos experimentados quando se soldam com arco aços revestidos incluem salpico excessivo, porosidade, aparência insatisfatória de filete sobreposto de solda, e queima e formação de fumaça do revestimento adjacente à área da solda. Em muitas aplicações, a aparência insatisfatória do filete de solda e a qualidade insatisfatória da solda são problemas significativos para o fabricante. As combinações de arame / gás protetor existentes para a soldagem a arco de metal sob gás não têm apresentado bem desempenho sobre materiais com revestimentos galvanizados, galvanizados e recozidos ou aluminizados.

Conseqüentemente, um objetivo desta invenção é proporcionar um método de soldagem a arco de metal sob gás que possa reduzir efetivamente o salpico de solda, aumentar a umectação do filete e minimizar a porosidade quando se unem aços galvanizados, galvanizados e recozidos ou aluminizados. Esta melhoria geral na qualidade da solda acarretará produtividade maior e custos de soldagem reduzidos para o usuário.

Outro objetivo desta invenção é proporcionar um método de soldagem a arco de metal sob gás melhorado que possa empregar um gás protetor que não requeira a presença de uma concentração elevada de hélio e ainda alcance uma melhoria comparável nas características de solda desejadas.

Sumário da invenção Esta invenção refere-se em parte a um método para a soldagem a arco de metal sob gás com um eletrodo de arame consumível compreendendo: (a) formar um arco entre o citado eletrodo de arame consumível e uma peça de trabalho de aço revestido; (b) manter uma tensão elétrica de arco substancialmente constante entre o citado eletrodo de arame consumível e a peça de trabalho de aço revestido; (c) alimentar o eletrodo de arame consumível através de um tubo de contacto de maçarico para dentro do citado arco; (d) transferir metal do eletrodo de arame consumível para a peça de trabalho de aço revestido; e (e) proteger o arco com uma mistura gasosa consistindo de: (i) de 6 a 10 porcento em volume de dióxido de carbono; (ii) de 6 a 10 porcento em volume de hélio; e (iii) o restante sendo argônio.

Esta invenção também se refere em parte a uma mistura gasosa protetora para uso com uma soldagem a arco de metal sob gás de aços revestidos consistindo essencialmente de: (i) de 6 a 10 porcento em volume de dióxido de carbono; (ii) de 6 a menos de 10 porcento em volume de hélio; e (iii) o restante sendo argônio.

Como aqui usado, o termo "aço revestido" significa aços galvanizados, galvanizados e recozidos ou aluminizados. Pela prática do método desta invenção, um usuário pode soldar com sucesso aços revestidos com qualidade melhorada das juntas de solda produzidas. As misturas gasosas protetoras desta invenção permitem que o usuário mantenha flexibilidade de manufatura máxima por meio do uso de uma mistura gasosa e de múltiplos tipos de arame sem concessões normalmente associadas com outras misturas gasosas disponíveis no mercado. As misturas gasosas protetoras são efetivas em termos de custo e fáceis de implementar quer embaladas em cilindro quer na forma a granel.

Breve descrição dos desenhos Fig. 1 é um diagrama esquemático de um sistema ilustrativo útil para realizar o método desta invenção. Fig. 2 mostra uma comparação de composição gasosa para aço revestido galvanizado. Fig. 3 mostra uma comparação de composição gasosa para aço revestido galvanizado e recozido. Descrição detalhada da invenção Como indicado acima, esta invenção refere-se em parte a um método para a soldagem a arco de metal sob gás com um eletrodo de arame consumível compreendendo: (a) formar um arco entre o citado eletrodo de arame consumível e uma peça de trabalho de aço revestido; (b) manter uma tensão elétrica de arco substancialmente constante entre o citado eletrodo de arame consumível e a peça de trabalho de aço revestido; (c) alimentar o eletrodo de arame consumível através de um tubo de contacto de maçarico para dentro do citado arco; (d) transferir metal do eletrodo de arame consumível para a peça de trabalho de aço revestido; e (e) proteger o arco com uma mistura gasosa consistindo de: (i) de 6 a 10 porcento em volume de dióxido de carbono; (ii) de 6 a 10 porcento em volume de hélio; e (iii) o restante sendo argônio.

Esta invenção também se refere em parte a uma mistura gasosa protetora para uso com uma soldagem a arco de metal sob gás de aços revestidos consistindo essencialmente de: (i) de 6 a 10 porcento em volume de dióxido de carbono; (ii) de 6 a 10 porcento em volume de hélio; e (iii) o restante sendo argônio. A invenção pode ser descrita com mais detalhe com referência às Fig. 1, Fig. 2 e Fig. 3. Referindo-se à Fig. 1, eletrodo de arame consumível 1 é puxado de um carretei 12 pelo rolo de alimentação 14 através do tubo de contato 16 de maçarico de soldagem a arco protegido com gás 2. O eletrodo de arame consumível pode possuir um diâmetro dentro da faixa de 0,584 mm a 1,575 mm e pode ser composto de qualquer composição metálica adequada apropriada para a aplicação de soldagem específica. Preferivelmente, o eletrodo de arame consumível é um arame sólido, mais preferivelmente um arame sólido possuindo teor de silício de cerca de 0,5 a 1,0 porcento em peso da composição química de arame total. O eletrodo de arame consumível também pode ser um arame de núcleo metálico soldado sobre aços revestidos ou um arame de núcleo de fundente. Os arames sólidos de GMAW com uma classificação da American Welding Society (AWS) de ER70S-X são eletrodos de arame consumíveis preferidos para uso nesta invenção com um arame de teor de silício baixo tal como o arame AWS ER7GS-3 sendo mais preferido.

Qualquer maçarico protegido com gás adequado pode ser usado para realizar o método desta invenção. O maçarico pode ser operado quer manualmente quer mecanizado. Na modalidade ilustrada na Fig. 1, o maçarico 2 é um maçarico mecanizado. O rolo de alimentação 14 é acionado pelo motor acionador 3 contido na unidade de alimentação de arame 18 que pode alimentar arame nas velocidades necessárias para se alcançar as velocidades de deposição desejadas. O fonte de alimentação 20 fornece energia elétrica para ambos a unidade de alimentação de arame 18 e o maçarico 2. O fonte de alimentação 20 é de tensão elétrica controlada e do tipo de potencial constante.

Em operação, um arco 4 é estabelecido entre o eletrodo de arame consumível 1 e a peça de trabalho 5 pela energização do fonte de alimentação 20 alimentando o eletrodo em contato direto com a peça de trabalho. A tensão elétrica do arco entre o eletrodo e a peça de trabalho é mantida substancialmente constante durante o processo de soldagem. ''Substancialmente constante" significa que a tensão elétrica do arco varia não mais do que 5 porcento do ponto de ajuste durante o processo de soldagem. O ponto de ajuste da tensão elétrica do arco está em um ponto no qual um arco estável pode ser obtido para qualquer modo de transferência escolhido. O método desta invenção é particularmente vantajoso para uso com os modos de transferência de metal por transferência por curto circuito, por transferência por pulverização, e por transferência por pulverização pulsada. A tensão elétrica substancialmente constante permite uma condição de soldagem auto-regulável pelo fato de que à medida que o comprimento de arco varia durante a soldagem, a velocidade de remoção por fusão do arame também varia para manter substancialmente constante a tensão elétrica do arco. Isto permite que condições de soldagem estáveis sejam mantidas com penetração de solda e forma de filete uniformes. A tensão elétrica do arco está em geral dentro da faixa de cerca de 17 a 40 volts, preferivelmente de cerca de 22 a 32 volts, com a corrente variando entre 150 e 200 ampères. O eletrodo de arame consumível é alimentado através do tubo de contato de maçarico de soldagem 16 para dentro do arco e o metal é transferido do eletrodo para a peça de trabalho. A posição de soldagem preferida está na posição plana ou horizontal. O eletrodo 1 é alimentado através do tubo de contato 16 para dentro do arco 4 formado entre o eletrodo 1 e a peça de trabalho. O tubo de contato 16 é conectado através do maçarico 2 no fonte de alimentação 20 para fornecer energia ao eletrodo 1. Peça de trabalho 5 e conectada no fio de terra em comum com o fio de terra do fonte de alimentação. O arco é protegido da atmosfera ambiente por uma mistura gasosa consistindo essencialmente de 6 a 10 porcento, preferivelmente de 7 a 9 porcento, e mais preferivelmente de 7,5 a 8,5 porcento de dióxido de carbono, de 6 a 10 porcento, preferivelmente de 7 a 9 porcento, e mais preferivelmente de 7,5 a 8,5 porcento de hélio, com o restante sendo argônio. As percentagens são em volume percentual. Uma concentração de dióxido de carbono ou de hélio no gás protetor menor do que cerca de 6 porcento ou maior do que cerca de 10 porcento pode ter um efeito prejudicial sobre a qualidade da solda.

Em uma modalidade preferida, a composição de gás protetor deve conter cerca de 8 porcento de hélio, cerca de 8 por centro e dióxido de carbono e o restante sendo argônio com um fluxo de gás para a zona de solda de cerca de 0,99 a 1,4 metros cúbicos por hora. Fig. 2 e Fig. 3 mostram o impacto da variação do teor de hélio sobre os atributos de qualidade da solda. Quando se soldam aços revestidos, a qualidade é baseada principalmente em três fatores: porosidade, salpico e aparência do filete sobreposto de solda. Porosidade e salpico devem ser tão baixos quanto possíveis. Nas Fig. 2 e Fig. 3, quanto maior o número, melhor a qualidade da solda. Fig. 2 mostra pouca diferença entre uma composição de gás protetor de argônio, dióxido de carbono (8 porcento), e hélio (5 porcento) e uma composição de gás protetor de argônio, dióxido de carbono (8 porcento), e hélio (8 porcento), exceto que a quantidade de porosidade é muito menor com o gás protetor possuindo o adicional de 3 porcento de hélio, isto é, a composição de gás protetor de argônio, dióxido de carbono (8 porcento), e hélio (8 porcento). Fig. 2 e Fig. 3 também mostram uma diferença grande entre uma composição de gás protetor de argônio, dióxido de carbono (8 porcento), e hélio (15 porcento) visto que a porosidade e o salpico são maiores e a qualidade da aparência do filete é baixa com o gás protetor possuindo o adicional de 7 porcento de hélio, isto é, a composição de gás protetor de argônio, dióxido de carbono (8 porcento), e hélio (15 porcento).

Referindo-se à Fig. 1, a mistura gasosa protetora útil com esta invenção pode ser composta dentro do misturador de gases 22 que recebe os gases componentes dos cilindros 24, 25 e 26. Por exemplo, o cilindro 24 pode conter argônio, o cilindro 25 pode conter dióxido de carbono e o cilindro 26 pode conter hélio. Qualquer outro recipiente de armazenagem de gás apropriado, tal como um tanque de armazenagem, também pode ser empregado conjuntamente com esta invenção. O misturador de gases 22 pode ser qualquer misturador de gases convencional que possa ser ajustado para medir o gás apropriado de cada fonte gasosa para estabelecer a mistura gasosa útil nesta invenção. Altemativamente, a mistura gasosa desta invenção pode ser fornecida já misturada de um único recipiente. A mistura gasosa protetora útil nesta invenção é então passada através do conduto 6 para o maçarico 2 e é passada através do espaço 27 entre o tubo de contato 16 e o copo do maçarico 28 de modo que forme um invólucro para proteger o arco 4 da atmosfera ambiente. O método de soldagem a arco de metal sob gás e a mistura gasosa protetora desta invenção permite que se obtenham soldas de qualidade alta com aparência excelente. Isto é particularmente importante na soldagem de aços revestidos onde a aparência é geralmente um fator importante. Os aços revestidos preferidos úteis nesta invenção incluem aço galvanizado com peso de revestimento de zinco de 60 g/m a 90 g/m e aço galvanizado e recozido com peso de revestimento de zinco de 45 g/m a 60 g/m . O método de soldagem a arco de metal sob gás e a mistura gasosa protetora desta invenção também têm permitido que se obtenham soldas de qualidade alta com defeitos reduzidos na soldagem de aços revestidos. Esta invenção emprega uma combinação de gás protetor, tipo de arame, transferência de metal e tipo de processo. Esta combinação melhora substancialmente a qualidade e a aparência das soldas sobre aços revestidos. Um fator maior neste benefício é a composição de gás protetor selecionada para uso com as outras variáveis do método. As melhorias produzidas incluem menos defeitos, por exemplo, menos salpico, porosidade reduzida, menos queima e formação de fumaça de zinco da vizinhança da junta de solda, e melhor aparência total do filete. Aumentos de produtividade de até 15 porcento ou maiores podem ser alcançados devido à quantidade diminuída de retrabalho e de limpeza após a soldagem. Em uma modalidade preferida, a prática do método desta invenção envolve a soldagem a arco de metal sob gás com transferência de metal pulsada, um arame sólido ER70S-3, uma composição de gás protetor de dióxido de carbono (8 porcento), hélio (8 porcento) e argônio (restante), para soldar um material baseado em aço revestido.

Até agora, a capacidade para se obterem soldas de qualidade alta sobre uma variedade de condições de operação e de velocidades de deposição em soldagem a arco de metal sob gás requeriam uma mistura gasosa protetora contendo um concentração alta de hélio ou a presença de oxigênio conjuntamente com hélio, dióxido de carbono e argônio. As misturas gasosas protetoras desta invenção permitem excelente soldagem a arco de metal sob gás utilizando transferência de metal por vários métodos sem o uso quer de uma mistura cara contendo uma concentração elevada de hélio quer de uma mistura complexa que inclui oxigênio. Várias modificações e variações desta invenção serão óbvias para um trabalhador experiente na técnica e é para ser entendido que tais modificações e variações são para serem incluídas dentro do alcance deste pedido e do escopo e do espírito das reivindicações.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para a soldagem a arco de metal sob gás com um eletrodo de arame consumível, caracterizado pelo fato de compreender: (a) formar um arco entre o citado eletrodo de arame consumível e uma peça de trabalho de aço revestido; (b) manter uma tensão elétrica de arco substancialmente constante entre o citado eletrodo de arame consumível e a peça de trabalho de aço revestido; (c) alimentar o eletrodo de arame consumível através de um tubo de contacto de maçarico para dentro do citado arco; (d) transferir metal do eletrodo de arame consumível para a peça de trabalho de aço revestido; e (e) proteger o arco com uma mistura gasosa consistindo de: (i) de 6 a 10 por cento em volume de dióxido de carbono; (ii) de 6 a 10 por cento em volume de hélio; e (iii) o restante sendo argônio, em que o eletrodo de arame consumível é um arame sólido tendo um teor de silício de 0,5 a 1,0 por cento em peso da composição química de arame total, um arame de núcleo metálico ou um arame de núcleo de fundente, e em que o aço revestido compreende aço galvanizado, galvanizado e recozido ou aluminizado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração de dióxido de carbono está dentro da faixa de 7 a 9 por cento em volume.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração de dióxido de carbono está dentro da faixa de 7,5 a 8,5 por cento em volume.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração de hélio está dentro da faixa de 7 a 9 por cento em volume.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que e a concentração de hélio está dentro da faixa de 7,5 a 8,5 por cento em volume.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo possui um diâmetro dentro da faixa de 0,584 mm a 1,320 mm.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tensão elétrica do arco está dentro da faixa de 22 a 32 volts.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de empregar um modo de transferência de metal por transferência por curto circuito, por transferência por pulverização, e por transferência por pulverização pulsada.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a concentração de dióxido de carbono está dentro da faixa de 7,5 a 8.5 por cento em volume, a concentração de hélio está dentro da faixa de 7,5 a 8.5 por cento em volume, o eletrodo de arame consumível é um arame sólido tendo um teor de silício de 0,5 a 1,0 por cento em peso da composição química de arame total, e o método emprega um modo de transferência de metal por transferência por pulverização pulsada.