O que é soldagem MIG, MAG ou GMAW?

Introdução

MIG (ou MAG) é o processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo consumível sob proteção gasosa, que utiliza como eletrodo um arame maciço e como proteção gasosa um gás inerte (MIG) ou um gás ativo (MAG). Também é conhecido como Gas Metal Arc Welding (ou GMAW).

Este artigo pressupõe que você já tem noções sobre soldagem. Precisa de uma introdução sobre soldagem ou um material sobre o que é soldagem?

Obs.: Aqui falo apenas do processo MIG/MAG. Se quiser saber sobre os outros processos de soldagem siga o link.

Fundamentos do processo

A soldagem MIG/MAG usa o calor de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo nu alimentado de maneira contínua e o metal de base, para fundir a ponta do eletrodo e a superfície do metal de base na junta que está sendo soldada.

A proteção do arco e da poça de solda fundida vem inteiramente de um gás alimentado externamente, o qual pode ser inerte, ativo ou uma mistura destes. Portanto dependendo do gás poderemos ter os seguintes processos:

• Processo MIG (METAL INERT GAS): injeção de gás inerte. O gás pode ser:

- argônio
- hélio

• Processo MAG (METAL ACTIVE GAS): injeção de gás ativo ou mistura de gases que perdem a característica de inertes, quando parte do metal de base é oxidado. Os gases utilizados são:

- 100% CO2
- CO2 + 5 a 10% de O2
- argônio + 15 a 30% de CO2
- argônio + 5 a 15% de O2
- argônio + 25 a 30% de N2

Escórias formadas nos processos de soldagem com eletrodo revestido e soldagem a arco submerso, não são formadas no processo de soldagem MIG/MAG, porque nesses processos não se usa fluxo. Entretanto, um filme vítreo (que tem o aspecto de vidro) de sílica se forma de eletrodos de alto silício, o qual deve ser tratado como escória.

A figura abaixo mostra como o processo de soldagem MIG/MAG funciona.
A soldagem MIG/MAG é um processo bastante versátil. As maiores vantagens são:
  • Taxa de deposição maior que a soldagem com eletrodo revestido.
  • Menos gás e fumaça na soldagem.
  • Alta versatilidade
  • Larga capacidade de aplicação.
  • Solda uma faixa ampla de espessura e materiais.
O processo MIG/MAG, pode ser também usado semi-automático ou automático.

No processo semi-automático o eletrodo é alimentado automaticamente através de uma tocha (ou pistola). O soldador controla a inclinação e a distância entre a tocha e a peça, bem como a velocidade de deslocamento e a manipulação do arco.

O processo de soldagem MIG/MAG pode também ser usado para aplicação de revestimento superficial.

Equipamentos de soldagem

O equipamento básico de soldagem MIG/MAG consiste nos seguintes elementos: uma pistola de soldagem (mais conhecido como tocha), uma fonte de energia de soldagem, um cilindro de gás de proteção, e um sistema de acionamento de arame.

A figura a seguir mostra o equipamento básico necessário para o processo de soldagem MIG/MAG.

A tocha contém um tubo de contato para transmitir a corrente de soldagem para o eletrodo e um bico de gás para direcionar o gás de proteção às redondezas do arco e da poça de fusão. O alimentador de arame é composto de um motor pequeno de corrente contínua e de uma roda motriz. 

O escoamento do gás de proteção é regulado pelo fluxômetro e pelo regulador-redutor de pressão. Estes possibilitam fornecimento constante de gás para o bico da pistola a uma vazão pré-ajustada.

A operação de soldagem se inicia quando a ponta do arame mantém contato com a peça e é acionado o gatilho de ignição da pistola. Neste momento três eventos ocorrem: (a) o arame é energizado, (b) o arame avança, (c) o gás flui, devido à abertura do solenóide. Pode-se então iniciar o deslocamento da pistola para a soldagem.

A maioria das aplicações de soldagem MIG/MAG requer energia com corrente contínua polaridade inversa (CC+, eletrodo ligado no pólo positivo). Nesta situação tem-se um arco mais estável, transferência estável, salpico baixo, e cordão de solda de boas características.

Corrente continua polaridade direta não é usada com frequência, e corrente alternada não era utilizada por neste processo até pouco tempo atras. Hoje já existe a possibilidade de soldar alumino com corrente alternada.

Tipos de transferência do metal de adição

Na soldagem com eletrodos consumíveis, como na soldagem MIG/MAG, o metal fundido na ponta do arame tem de ser transferido para a poça de fusão. Os principais fatores que influenciam são:
  • Intensidade e tipo de corrente;
  • Tensão do arco elétrico;
  • Densidade de corrente;
  • Natureza do arame eletrodo
  • Extensão livre do eletrodo (“stick-out”)
  • Gás de proteção;
  • Características da fonte de energia.
Há de transferência do metal de adição fundido da ponta do arame para a poça de fusão, a saber:
O modo como a transferência é feita tem grande influência sobre a soldagem e costuma cair bastante na prova teórica de qualificação. Veja abaixo quais são:

Por transferência globular

Ocorre com uma baixa corrente em relação a bitola (diâmetro) do eletrodo. O metal se transfere do eletrodo para a peça como glóbulos, cada um maior em diâmetro que o eletrodo. Os glóbulos se transferem para a poça sem muita direção e o aparecimento de salpico é bem evidente.

Por transferência por spray ou por pulverização axial

Ocorre com correntes altas. O metal de adição fundido se transfere através do arco como gotículas finas. Com a transferência por spray a taxa de deposição pode chegar até a 10 kg/h. Entretanto, essa taxa de deposição restringe o método à posição.

Por transferência por curto circuito

A fusão inicia-se globularmente e a gota vai aumentando de tamanho até tocar a poça de fusão, produzindo um curto circuito e extinguindo o arco. Sob a ação de determinadas forças, a gota é transferida para a peça. Este processo permite a soldagem em todas as posições e é um processo com energia relativamente baixa, o que restringe seu uso para espessuras maiores.

Por soldagem a arco pulsante

Mantém um arco de corrente baixa como elemento de fundo e injeta sobre essa corrente baixa, pulsos de alta corrente. A transferência do metal de adição é pelo jato de gotículas durante esses pulsos. Esta característica da corrente de soldagem faz com que a energia de soldagem seja menor, o que toma possível a soldagem na posição vertical pelo uso de arames de diâmetros grandes.
O arco pulsante ou "pulsado" é relativamente novo e normalmente é considerado superior aos demais modos de transferência.

A desvantagem é que ele requer uma máquina de solda específica para fazer o controle dos pulsos. Outra desvantagem é fazer uma raiz, pois acredita-se que os baixos patamares de corrente levem ao defeito de falta de fusão.

A maior parte da soldagem MIG/MAG por spray é feita na posição plana. As soldagens MIG/MAG por arco pulsante e por transferência por curto circuito são adequadas para soldagem em todas as posições. Quando a soldagem é feita na posição sobre-cabeça, são usados eletrodos de diâmetros pequenos com o método de transferência por curto circuito. A transferência por spray pode ser usada com corrente contínua pulsada.

O modo curto circuito foi muito usado pela sua conveniência mas tem uma desvantagem devido ao baixo aporte térmico que ele produz. Esse pouco calor pode gerar falta de fusão e por isso sofreu uma dura limitação por parte da Petrobras nas suas últimas revisões da N-133.

Tipos e funções dos consumíveis – gases e eletrodos

A finalidade principal do gás de proteção em soldagem MIG/MAG é proteger a solda da contaminação atmosférica. O gás de proteção também influi no tipo de transferência, na profundidade de penetração, e no formato do cordão.

Qual combinação de gás e parâmetros formam esse ou outro modo de transferência não é o escopo do inspetor de soldagem N1 ou da prova de qualificação.

Argônio e hélio são gases de proteção usados para soldar a maioria dos metais ferrosos. O CO2 é largamente usado para a soldagem de aços de baixo carbono(antigamente eram chamados de aços "doces"). Quando da seleção de um gás protetor, o fator mais importante para se ter em mente é que quanto mais denso for o gás, mais eficiente é a sua proteção ao arco.

Os eletrodos para soldagem MIG/MAG são similares ou idênticos na composição àqueles dos outros processos de soldagem que utilizam eletrodos nus, sendo que, para o caso específico da soldagem MAG, contêm elementos desoxidantes tais como silício e manganês em percentuais determinados.

Só para deixar claro, o elemento desoxidante é aquele que tira o oxigênio da poça de fusão ou transforma ele em algo menos nocivo. Se deixar o oxigênio na poça ele fica aprisionado na solda após a solidificação na forma de poros (ou porosidade).

Como uma regra, as composições do eletrodo e do metal de base devem ser tão similares quanto possível, sendo que, especificamente para o processo MAG deve ser levado em conta o acréscimo de elementos desoxidantes (porque a limpeza da junta não é tão caprixada quanto no TIG).

Comportamento da atmosfera ativa no processo MAG

Por atmosfera ativa entende-se a injeção de gás de proteção ativo, isto é, com capacidade de oxidar o metal durante a soldagem. Para facilitar o raciocínio sobre os fenômenos envolvidos, tomemos como exemplo, a injeção de dióxido de carbono (CO2).
O dióxido de carbono injetado no gás de proteção, ao dissociar-se em monóxido de carbono e oxigênio (CO2 -> CO + 1/2 O2), propicia a formação do monóxido de ferro: (Fe + 1/2 O2 -> FeO). O monóxido de ferro (FeO), por sua vez, difunde-se e dissolve-se na poça de fusão mediante a reação:
FeO + C -> Fe + CO

Pode ocorrer que não haja tempo para a saída do monóxido de carbono (CO), da poça de fusão, o que provocará poros ou porosidade no metal de solda.

O problema é resolvido mediante a adição de elementos desoxidantes tal como, o manganês. O manganês reage com o óxido de ferro, dando origem ao óxido de manganês, o qual, não sendo gás, vai para a escória (FeO + Mn -+ MnO).

O manganês, porém, deve ser adicionado em quantidade compatível com o FeO formado. Mn em excesso fará com que parte dele se incorpore à solda, implicando em maior dureza do metal de solda e, portanto, em maior probabilidade de ocorrência de trincas. Em síntese, portanto, ocorrem as seguintes reações:

• Na atmosfera ativa:
CO2 > CO + ½ O2
Fe + ½ O2 > FeO

• Quando da transformação líquido/sólido:
FeO + C > Fe + CO

• Com adição de elementos desoxidantes:
FeO + Mn > Fe + MnO (o MnO vai para a escória)

Na teoria o GMAW não gera escória porém na prática ele pode formar uma escória vítrea (como pode ser visto acima). Outro passibilidade é esse MnO ficar na solda como inclusão mesmo.

É sempre conveniente atentarmos para os seguintes detalhes na soldagem com atmosfera ativa (processo MAG e todos os outros com atmosfera ativa):

  • A medida que a velocidade de solidificação aumenta, torna-se maior a probabilidade de ocorrência de poros e porosidades;
  • A oxidação pode ser causa de poros e porosidades. A desoxidação em excesso, ao aumentar a resistência mecânica à tração da solda, aumenta sua temperabilidade (endurecimento por tratamento térmico). O risco de ocorrência de trincas será maior.

Na soldagem MAG o elemento desoxidante é adicionado mediante o uso de um arame especial, contendo maior teor de elemento desoxidante. Além do Mn, são também elementos desoxidantes: Si, V, Ti e AI.

Características e aplicações

O processo de soldagem MIG/MAG produz soldas de alta qualidade com procedimentos de soldagem apropriados.

Como não é utilizado um fluxo, a possibilidade de inclusão de escória semelhante ao processo eletrodo revestido ou arco submerso é mínima, podendo, por outro lado, ocorrer à inclusão de uma escória vítrea característica do processo se a limpeza interpasse não for feita de maneira adequada. Hidrogênio na solda é praticamente inexistente.

A soldagem MIG/MAG é um processo de soldagem para todas as posições, dependendo do eletrodo e do gás ou gases usados. Pode soldar a maioria dos metais e ser utilizado inclusive para a deposição de revestimentos superficiais.

Tem capacidade para soldar espessuras maiores de 0,5 mm com transferência por curto circuito. A taxa de deposição pode chegar a 15 kg/h dependendo do eletrodo, modo de transferência e gás usado.

Descontinuidades induzidas pelo processo

Na soldagem MIG/MAG podem ocorrer as seguintes descontinuidades:

Falta de Fusão

Pode acontecer na soldagem MIG/MAG com transferência por curto-circuito. Ocorre também com transferência por spray ou pulverização axial quando utilizamos baixa corrente.

Falta de Penetração

Sua ocorrência é mais provável com a transferência por curto-circuito (devido ao baixo aporte térmico).

Inclusões de Escória

O oxigênio contido no próprio metal de base, ou aquele captado durante a soldagem sob condições deficientes de proteção, forma óxidos na poça de fusão. Na maioria das vezes esses óxidos flutuam na poça de fusão, mas eles podem ficar aprisionados sob o metal de solda, dando origem a inclusão de escória.

Lascas, dobras, duplas laminações e trinca Interlamelar

Podem vir à tona ou surgir em soldas com alto grau de restrição.

Mordedura

Quando acontecem, é devida a inabilidade do soldador.

Poros e Porosidade

Como já vimos, poros e porosidade são causados por gás retido na solda na soldagem MIG/MAG verifica-se o seguinte mecanismo: o gás de proteção injetado sem a observância de determinados requisitos técnicos, pode deslocar a atmosfera que o envolve, a qual contém oxigênio e nitrogênio.

O oxigênio e nitrogênio da atmosfera podem dissolver-se na poça de fusão, dando origem a poros e porosidade no metal de solda.

Sobreposição

Pode acontecer com a transferência por curto-circuito.

Trincas

Podem ocorrer trincas em soldagem com técnica deficiente, como por exemplo, uso de metal de adição inadequado. Por inadequado entenda escolha ou especificação do consumível (responsabilidade do N2)

Condições de proteção individual

Na soldagem MIG/MAG é grande a emissão de radiação ultravioleta. Existe também o problema de projeções metálicas. O soldador deve usar os equipamentos convencionais de segurança, tais como luvas, macacão, óculos para proteção da vista, etc.

Na soldagem em áreas confinadas não podemos esquecer a necessidade de uma ventilação forçada, bem como de remover da área recipientes contendo solventes que podem se decompor em gases tóxicos por ação dos raios ultravioleta.

Resumo da solda MIG

A figura a seguir contém resumidamente, algumas das informações mais importantes sobre soldagem MIG/MAG.

Links, referências e processos relacionados

Gostou deste artigo sobre MIG e MAG? O processo arame tubular (FCAW) é bem similar:

O que é soldagem FCAW (com arame tubular)?

Tava difícil de acompanhar? Que tal uma introdução a soldagem?

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Soldagem: O que é soldagem MIG, MAG ou GMAW?
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