Soldagem de aeronaves

A soldagem pode ser rastreada até a Idade do Bronze, mas não foi até o século 19 que a soldagem como a conhecemos hoje foi inventada. Algumas das primeiras aeronaves fabricadas comercialmente bem-sucedidas foram construídas a partir de estruturas de tubos de aço soldados.

À medida que a tecnologia e os processos de fabricação evoluíram na indústria aeronáutica e aeroespacial, metais mais leves, como alumínio, magnésio e titânio, foram usados ​​em sua construção. Novos processos e métodos de soldagem desses metais foram desenvolvidos. Este capítulo fornece algumas das informações básicas necessárias para entender e iniciar os vários métodos e processos de soldagem. 

Tradicionalmente, a soldagem é definida como um processo que une o metal derretendo ou martelando as peças de trabalho até que elas sejam unidas. Com o equipamento e a instrução certos, quase qualquer pessoa com alguma habilidade mecânica básica, destreza e prática pode aprender a soldar.

Existem três tipos gerais de soldagem: gás, arco elétrico e resistência elétrica. Cada tipo de soldagem possui diversas variações, algumas das quais são utilizadas na construção de aeronaves. Adicionalmente, existem alguns novos processos de soldagem desenvolvidos nos últimos anos que são destacados para fins de informação. 

Este capítulo aborda os equipamentos de soldagem, métodos e várias técnicas usadas durante o reparo de aeronaves e fabricação de componentes, incluindo os processos de brasagem e soldagem de vários metais.

Tipos de Soldagem 

Soldagem a Gás 

A soldagem a gás é realizada aquecendo as extremidades ou bordas das peças metálicas a um estado fundido com uma chama de alta temperatura. A chama oxi-acetileno, com uma temperatura de aproximadamente 6.300 ° Fahrenheit (F), é produzida com um maçarico queimando acetileno e misturando-o com oxigênio puro. O hidrogênio pode ser usado no lugar do acetileno para soldagem de alumínio, mas a produção de calor é reduzida para cerca de 4.800 °F. A soldagem a gás era o método mais comumente usado na produção de materiais de aeronaves com menos de 3/16 de polegada de espessura até meados da década de 1950, quando foi substituído por soldagem elétrica por razões econômicas (não de engenharia). A soldagem a gás continua a ser um método muito popular e comprovado para operações de reparo.   

Quase toda a soldagem a gás na fabricação de aeronaves é realizada com equipamentos de soldagem oxi-acetileno que consistem em:

• Dois cilindros, acetileno e oxigênio. 

• Reguladores de pressão de acetileno e oxigênio e manômetros de cilindros. 

• Dois comprimentos de mangueira colorida (vermelho para acetileno e verde para oxigênio) com conexões adaptadoras para os reguladores e tocha. 

• Uma tocha de solda com cabeçote misturador interno, pontas de vários tamanhos e conexões de mangueira. 

• Óculos de soldagem equipados com lentes coloridas apropriadas. 

• Um isqueiro de pedra ou faísca. 

• Chave especial para válvula do tanque de acetileno, se necessário. 

• Um extintor de incêndio com classificação adequada.

O equipamento pode ser instalado permanentemente em uma oficina, mas a maioria dos equipamentos de soldagem são do tipo portátil.

Soldagem a Arco Elétrico 

A soldagem a arco elétrico é amplamente utilizada pela indústria aeronáutica tanto na fabricação quanto no reparo de aeronaves. Pode ser utilizado satisfatoriamente para unir todos os metais soldáveis, desde que sejam utilizados os processos e materiais adequados. Os quatro tipos de soldagem a arco elétrico são abordados nos parágrafos a seguir. 

Soldagem por Arco de Metal Blindado (SMAW) 

A soldagem a arco de metal blindado (SMAW) é o tipo mais comum de soldagem e geralmente é chamada de soldagem “stick”. O equipamento consiste em um fio-máquina de metal revestido com um fluxo de soldagem que é fixado em um porta eletrodo que é conectado por um cabo elétrico pesado a uma baixa tensão e alta corrente em corrente alternada (AC) ou corrente contínua (DC), dependendo sobre o tipo de soldagem que está sendo feita. Um arco é formado entre a haste e a peça e produz calor superior a 10.000°F, que derrete tanto o material quanto a haste. O circuito de soldagem é composto por uma máquina de solda, dois cabos, um porta eletrodo, um eletrodo e a peça a ser soldada.

Quando o eletrodo é tocado no metal a ser soldado, o circuito está completo e a corrente flui. O eletrodo é então retirado do metal aproximadamente 1/4 de polegada para formar um espaço de ar entre o metal e o eletrodo. Se a folga correta for mantida, a corrente preenche a lacuna para formar uma faísca elétrica sustentada chamada arco. Esta ação derrete o eletrodo e o revestimento de fluxo. 

À medida que o fluxo derrete, ele libera um gás inerte que protege a poça derretida do oxigênio do ar para evitar a oxidação.

O fluxo fundido cobre a solda e endurece em uma escória hermética que protege o cordão de solda enquanto ele esfria. Alguns fabricantes de aeronaves, como Stinson, usaram esse processo para a soldagem de estruturas de fuselagem de aço 4130. Isto foi seguido por tratamento térmico em um forno para aliviar o estresse e normalizar a estrutura. A figura mostra uma máquina de solda a arco típica com cabos, braçadeira de aterramento e suporte de eletrodo.

Soldagem a arco de metal a gás (GMAW) 

A soldagem a arco de metal a gás (GMAW) era anteriormente chamada de soldagem a gás inerte a gás (MIG). É uma melhoria em relação à soldagem com bastão porque um eletrodo de arame não revestido é alimentado e através da tocha e um gás inerte, como argônio, hélio ou dióxido de carbono, flui ao redor do arame para proteger a poça do oxigênio. A fonte de alimentação é conectada à tocha e à peça, e o arco produz o calor intenso necessário para derreter a peça e o eletrodo.  

A CC de baixa tensão e alta corrente é normalmente usada com soldagem GMAW. A figura mostra o equipamento necessário para uma configuração típica de soldagem MIG.  

Este método de soldagem pode ser usado para trabalhos de fabricação e produção de grande volume; não é adequado para trabalhos de reparo porque a qualidade da solda não pode ser facilmente determinada sem testes destrutivos. A figura mostra uma fonte de energia típica usada para soldagem MIG. 

Soldagem a arco de tungstênio a gás (GTAW) 

A soldagem a arco de tungstênio a gás (GTAW) é um método de soldagem a arco elétrico que atende a maioria das necessidades de manutenção e reparo de aeronaves quando procedimentos e materiais adequados são usados. É o método preferido para uso em aço inoxidável, magnésio e na maioria das formas de alumínio espesso. É mais comumente conhecido como soldagem Tungsten Inert Gas (TIG) e pelos nomes comerciais de Heliarc ou Heliweld. Esses nomes foram derivados do gás hélio inerte que foi originalmente usado.

Os dois primeiros métodos de soldagem a arco elétrico abordados utilizavam um eletrodo consumível que produzia a carga para a solda. Na soldagem TIG, o eletrodo é uma haste de tungstênio que forma o caminho para o arco de alta amperagem entre ele e o trabalho para derreter o metal a mais de 5.400 °F. O eletrodo não é consumido e usado como enchimento, de modo que uma haste de enchimento é alimentada manualmente na poça de fusão quase da mesma maneira que quando se usa uma tocha de oxi-acetileno. Uma corrente de gás inerte, como argônio ou hélio, flui ao redor do eletrodo e envolve o arco, evitando assim a formação de óxidos na poça fundida.

• Selecione a configuração do soldador para a polaridade direta DC (o trabalho é positivo e a tocha é negativo) ao soldar aço-carbono, aço inoxidável e titânio; ou 

• Selecione AC para soldagem de alumínio e magnésio.

A Figura é uma fonte de energia típica para soldagem TIG junto com uma tocha, controle de corrente operado por pedal, regulador para gás inerte e cabos de energia variados.

Soldagem por Resistência Elétrica 

A soldagem por resistência elétrica, seja por pontos ou por costura, é normalmente usada para unir componentes de chapas finas durante o processo de fabricação. 

Soldagem por Ponto 

Dois eletrodos de cobre são mantidos nas garras da máquina de solda a ponto, e o material a ser soldado é preso entre eles. A pressão é aplicada para manter os eletrodos firmemente juntos e a corrente elétrica flui através dos eletrodos e do material. A resistência do material a ser soldado é tão maior do que a dos eletrodos de cobre que é gerado calor suficiente para fundir o metal. A pressão nos eletrodos força os pontos fundidos nas duas peças de metal a se unirem, e essa pressão é mantida depois que a corrente para de fluir por tempo suficiente para que o metal se solidifique. A quantidade de corrente, pressão e tempo de permanência são cuidadosamente controlados e combinados com o tipo de material e a espessura para produzir as soldas por pontos corretas. 

Soldagem de Costura 

Em vez de ter que liberar os eletrodos e mover o material para formar uma série de soldas por pontos, uma máquina de solda por costura é usada para fabricar tanques de combustível e outros componentes onde é necessária uma solda contínua. Duas rodas de cobre substituem os eletrodos em forma de barra. O metal a ser soldado é movido entre eles e pulsos elétricos criam pontos de metal fundido que se sobrepõem para formar a costura contínua.

Soldagem a Arco Plasma (PAW) 

A soldagem a arco de plasma (PAW) foi desenvolvida em 1964 como um método para trazer melhor controle ao processo de soldagem a arco. A PAW fornece um nível avançado de controle e precisão usando equipamentos automatizados para produzir soldas de alta qualidade em aplicações miniatura e de precisão. Além disso, o PAW é igualmente adequado para operação manual e pode ser executado por uma pessoa usando habilidades semelhantes às do GTAW.

Na tocha de soldagem a plasma, um eletrodo de tungstênio não consumível está localizado dentro de um bico de cobre de furo fino. Um arco piloto é iniciado entre o eletrodo da tocha e a ponta do bico. Este arco é então transferido para o metal que está sendo soldado.

Ao forçar o gás de plasma e o arco através de um orifício estreito, a tocha fornece uma alta concentração de calor para uma pequena área. O processo de plasma produz soldas de qualidade excepcionalmente alta.

O gás de plasma é normalmente argônio. A tocha também usa um gás secundário, como argônio/hélio ou argônio/nitrogênio, que auxilia na proteção da poça de solda derretida e minimiza a oxidação da solda. 

Assim como o GTAW, o processo PAW pode ser usado para soldar a maioria dos metais comerciais e pode ser usado para uma ampla variedade de espessuras de metal. Em material fino, de papel alumínio a 1/8 de polegada, o processo é desejável devido à baixa entrada de calor. O processo fornece uma entrada de calor relativamente constante porque as variações do comprimento do arco não são muito críticas. Em espessuras de material maiores que 1/8 de polegada e usando equipamentos automatizados, uma técnica de keyhole é frequentemente usada para produzir soldas de passagem única de penetração total. Na técnica keyhole, o plasma penetra completamente na peça de trabalho. O metal de solda derretido flui para a parte traseira do buraco da fechadura e se solidifica à medida que a tocha se move. As soldas de alta qualidade produzidas são caracterizadas por penetração profunda e estreita e uma pequena face de solda.  

Quando o PAW é realizado manualmente, o processo requer um alto grau de habilidade de soldagem semelhante ao exigido para o GTAW. No entanto, o equipamento é mais complexo e requer um alto grau de conhecimento para configurar e usar. O equipamento necessário para o PAW inclui uma máquina de solda, um sistema especial de controle de arco de plasma, a tocha de solda a plasma (resfriada a água), a fonte de plasma e gás de proteção e material de enchimento, quando necessário. Devido ao custo associado a este equipamento, este processo é muito limitado fora das instalações de fabricação.

Corte a Plasma 

Quando uma tocha de corte a plasma é usada, o gás geralmente é ar comprimido. A máquina de corte a plasma funciona constringindo um arco elétrico em um bico e forçando o gás ionizado através dele. Isso aquece o gás que derrete o metal que é soprado pela pressão do ar. Ao aumentar a pressão do ar e intensificar o arco com voltagens mais altas, o cortador é capaz de explodir metais mais espessos e soprar a escória com limpeza mínima. 

Os sistemas de arco de plasma podem cortar todos os metais eletricamente condutores, incluindo alumínio e aço inoxidável. Esses dois metais não podem ser cortados por sistemas de corte oxi-combustível porque possuem uma camada de óxido que impede a ocorrência de oxidação. O corte a plasma funciona bem em metais finos e pode cortar latão e cobre com mais de duas polegadas de espessura.

As máquinas de corte a plasma podem cortar, goivar ou perfurar com rapidez e precisão qualquer metal eletricamente condutor sem pré-aquecimento. O cortador de plasma produz uma largura de corte (corte) precisa e uma pequena zona afetada pelo calor (HAZ) que evita deformações e danos.

Chamas Diferentes 

Os três tipos de chama comumente usados ​​para soldagem são neutro, carburante e oxidante. Cada um serve a um propósito específico. 

Chama neutra:  A chama neutra queima a aproximadamente 5.850 °F na ponta do cone luminoso interno e é produzida por uma mistura equilibrada de acetileno e oxigênio fornecida pela tocha. A chama neutra é utilizada na maioria das soldas porque não altera a composição do metal base. Ao usar esta chama em aço, a poça de metal fundido é silenciosa e clara, e o metal flui para dar uma solda completamente fundida sem queimar ou fazer faíscas.

Chama de cementação: A chama de cementação queima a aproximadamente 5.700 °F na ponta do núcleo interno. Também é chamada de chama redutora porque tende a reduzir a quantidade de oxigênio nos óxidos de ferro. A chama queima com um som áspero e tem um cone interno branco-azulado, um cone central branco e um cone externo azul claro.

A chama é produzida pela queima de mais acetileno do que oxigênio, e pode ser reconhecida pela ponta esverdeada emplumada na extremidade do cone. Quanto mais longa a pena, mais acetileno está na mistura. Para a maioria das operações de soldagem, o comprimento da pena deve ser cerca de duas vezes o comprimento do cone interno.

A chama de cementação é melhor usada para soldagem de aços de alto carbono, para revestimentos duros e para soldagem de ligas não ferrosas como alumínio, níquel e monel.

Chama oxidante: A chama oxidante queima a aproximadamente 6.300 °F e é produzida pela queima de um excesso de oxigênio. São necessárias cerca de duas partes de oxigênio para uma parte de acetileno para produzir essa chama. Ele pode ser identificado pela chama externa mais curta e pelo pequeno cone interno branco. Para obter essa chama, comece com uma chama neutra e depois abra a válvula de oxigênio até que o cone interno tenha cerca de um décimo de seu comprimento original. A chama oxidante faz um som sibilante, e o cone interno é um pouco pontiagudo e de cor arroxeada na ponta. 

A chama oxidante tem alguns usos específicos. Uma chama ligeiramente oxidante é usada para soldagem de bronze (brasagem) de aço e ferro fundido. Uma chama oxidante mais forte é usada para soldagem por fusão de latão e bronze. Se uma chama oxidante for usada no aço, ela fará com que o metal derretido espume, libere faíscas e queime.

Chamas suaves ou duras: Com cada tamanho de ponta, uma chama neutra, carburante ou oxidante pode ser obtida. Também é possível obter uma chama suave ou dura diminuindo ou aumentando a pressão de trabalho de ambos os gases (observando a pressão máxima de trabalho de 15 psi para o gás acetileno).

Para alguns trabalhos, pode ser desejável ter uma chama suave ou de baixa velocidade sem redução da saída térmica. Isso pode ser alcançado reduzindo a pressão de trabalho usando uma ponta maior e fechando as válvulas da tocha até que a chama neutra esteja silenciosa e estável. É especialmente desejável usar uma chama suave ao soldar alumínio para evitar furos no metal quando a poça é formada. 

Corte Oxi-acetileno 

O corte de metais ferrosos pelo processo oxi-acetileno é principalmente a rápida queima ou oxidação do metal em uma área localizada. Esta é uma maneira rápida e barata de cortar ferro e aço onde uma borda acabada não é necessária.

A figura mostra um exemplo de um maçarico de corte. Possui as válvulas convencionais de oxigênio e acetileno no cabo da tocha que controlam o fluxo dos dois gases para o cabeçote de corte. Também possui uma válvula de oxigênio abaixo da alavanca de oxigênio na cabeça de corte para obter um ajuste mais preciso da chama.

O tamanho da ponta de corte é determinado pela espessura do metal a ser cortado. Ajuste os reguladores para as pressões de trabalho recomendadas para a tocha de corte com base no tamanho do bico selecionado. Antes de iniciar qualquer operação de corte, a área deve estar livre de todo material combustível e o equipamento de proteção adequado deve ser usado pelo pessoal envolvido na operação de corte.

A chama para a tocha na Figura é definida fechando primeiro a válvula de oxigênio abaixo da alavanca de corte e abrindo totalmente a válvula de oxigênio na alça. (Isso fornece o jato de oxigênio de alta pressão quando a alavanca de corte é acionada.) A válvula de acetileno no cabo é então aberta e a tocha é acesa com um percutor. A chama do acetileno é aumentada até que a fuligem preta desapareça. Em seguida, abra a válvula de oxigênio abaixo da alavanca de corte e ajuste a chama para neutro. Se for necessário mais calor, abra as válvulas para adicionar mais acetileno e oxigênio. Acione a alavanca de corte e reajuste a chama de pré-aquecimento para neutro, se necessário.  

O metal é aquecido até uma cor vermelha brilhante (1.400 °F–1.600 °F, que é a temperatura de ignição ou ignição) pelos orifícios de pré-aquecimento na ponta do maçarico de corte. Em seguida, um jato de oxigênio de alta pressão é direcionado contra ele pressionando a alavanca de oxigênio na tocha. Essa explosão de oxigênio combina com o metal em brasa e forma um óxido fundido intensamente quente que é soprado pelas laterais do corte. À medida que a tocha é movida ao longo da linha de corte pretendida, essa ação continua aquecendo o metal em seu caminho até a temperatura de ignição. O metal, assim aquecido, também queima em um óxido que é soprado para a parte inferior da peça.

A instrução e a prática adequadas fornecem o conhecimento e a habilidade para se tornar proficiente na técnica necessária para cortar com um maçarico. Segure a tocha em ambas as mãos, o que for mais confortável. Use o polegar dessa mão para operar a alavanca de corte de oxigênio. Use a outra mão para apoiar a tocha e estabilize-a ao longo da linha de corte.

Comece na borda do metal e segure a ponta perpendicular à superfície, pré-aquecendo até que o ponto fique vermelho brilhante. Pressione levemente a alavanca de corte para permitir que uma chuva de faíscas e metal fundido sopre pelo corte. Pressione totalmente a alavanca de corte e mova a tocha lentamente na direção do corte pretendido. 

A prática e a experiência permitem que o técnico aprenda a avaliar a velocidade de movimentação da tocha. Deve ser rápido o suficiente para permitir que o corte penetre completamente sem derretimento excessivo ao redor do corte. Se a tocha for movida muito rápido, o metal não será pré-aquecido o suficiente e a ação de corte será interrompida. Se isso acontecer, solte a alavanca de corte, pré-aqueça o corte em vermelho brilhante, pressione a alavanca e continue com o corte.

Soldagem Oxi-Acetileno de Metais Ferrosos 

Aço (incluindo SAE 4130) 

Aço de baixo carbono, aço de baixa liga (por exemplo, 4130), aço fundido e ferro forjado são facilmente soldados com a chama oxi-acetileno. Aços de baixo carbono e baixa liga são os materiais ferrosos que são soldados a gás com mais frequência. À medida que o teor de carbono do aço aumenta, ele pode ser reparado por soldagem usando procedimentos específicos para vários tipos de ligas. Os fatores envolvidos são o teor de carbono e a temperabilidade. Para aços de níquel cromo resistentes à corrosão e ao calor, a soldabilidade permitida depende de sua estabilidade, teor de carbono e tratamento de reaquecimento.

A Society of Automotive Engineers (SAE) e o American Iron and Steel Institute (AISI) fornecem um sistema de designação que é um padrão aceito pela indústria. SAE 4130 é uma liga de aço que é um material ideal para a construção de fuselagens e estruturas em pequenas aeronaves; também é usado para quadros de motocicletas e bicicletas de alta qualidade e quadros de carros de corrida e gaiolas de proteção. A tubulação tem alta resistência à tração, maleabilidade e é fácil de soldar. 

O número '4130' também é um código AISI de 4 dígitos que define a composição química aproximada do aço. O '41' indica um aço de baixa liga contendo cromo e molibdênio (cromoly) e o '30' designa um teor de carbono de 0,3%. O aço 4130 também contém pequenas quantidades de manganês, fósforo, enxofre e silício, mas, como todos os aços, contém principalmente ferro.

Para fazer uma boa solda, o teor de carbono do aço não deve ser alterado em nenhum grau apreciável, nem outros constituintes químicos atmosféricos podem ser adicionados ou subtraídos do metal base sem alterar seriamente as propriedades do metal. No entanto, muitos arames de enchimento de soldagem contêm constituintes diferentes do material base por razões específicas, o que é perfeitamente normal e aceitável se forem usados ​​materiais aprovados. O aço fundido tem uma grande afinidade por carbono, oxigênio e nitrogênio combinando-se com a poça fundida para formar óxidos e nitratos, os quais diminuem a resistência do aço. Ao soldar com chama oxi-acetileno, a inclusão de impurezas pode ser minimizada observando as seguintes precauções:

• Mantenha uma chama neutra exata para a maioria dos aços e um leve excesso de acetileno ao soldar ligas com alto teor de níquel ou cromo, como aço inoxidável. 

• Mantenha uma chama suave e controle a poça.

• Mantenha uma chama suficiente para penetrar no metal e manipule-a para que o metal fundido fique protegido do ar pelo invólucro externo da chama. 

• Mantenha a extremidade quente da vareta de solda na poça de fusão ou dentro do invólucro da chama. 

• Quando a solda estiver completa e ainda no calor vermelho, circule o envelope externo da tocha ao redor de toda a solda para deixá-la uniformemente vermelha. Afaste lentamente a tocha da soldagem para garantir uma taxa de resfriamento lenta.

Soldagem Oxi-Acetileno de Metais Não Ferrosos 

Metais não ferrosos são aqueles que não contêm ferro. Exemplos de metais não ferrosos são chumbo, cobre, prata, magnésio e o mais importante na construção de aeronaves, o alumínio. Alguns desses metais são mais leves que os ferrosos, mas na maioria dos casos não são tão fortes. Os fabricantes de alumínio compensaram a falta de resistência do alumínio puro ligando-o com outros metais ou trabalhando a frio. Para maior resistência, algumas ligas de alumínio também são tratadas termicamente. 

Soldagem de Alumínio 

A soldagem a gás de certas ligas de alumínio pode ser realizada com sucesso, mas requer alguma prática e o equipamento apropriado para produzir uma soldagem bem-sucedida. Antes de tentar soldar alumínio pela primeira vez, familiarize-se com a forma como o metal reage sob a chama de soldagem.

Um bom exemplo para praticar e ver como o alumínio reage a uma chama de soldagem, aqueça um pedaço de folha de alumínio em uma bancada de soldagem. Segure um maçarico com chama neutra perpendicular à chapa e coloque a ponta do cone interno quase em contato com o metal. Observe que o metal derrete de repente, quase sem qualquer indicação, e deixa um buraco no metal. Agora repita a operação, só que desta vez segure a tocha em um ângulo de cerca de 30° em relação à superfície. Isso permite um melhor controle do calor e permite que o metal da superfície derreta sem formar um buraco. Pratique movendo lentamente a chama ao longo da superfície até que a poça possa ser controlada sem derreter os buracos. Uma vez que isso seja dominado, pratique em juntas flangeadas por alinhavo e solda sem vareta de enchimento. Em seguida, tente soldar uma junta de topo usando fluxo e haste de enchimento. 

A soldagem a gás de alumínio geralmente é confinada a materiais entre 0,031 polegadas e 0,125 polegadas de espessura. As ligas de alumínio soldáveis ​​usadas na construção de aeronaves são 1100, 3003, 4043 e 5052. As ligas números 6053, 6061 e 6151 também podem ser soldadas, mas como essas ligas estão na condição de tratamento térmico, a soldagem não deve ser feita a menos que o as peças podem ser tratadas com reaquecimento.

Soldagem de Magnésio 

A soldagem a gás de magnésio é muito semelhante à soldagem de alumínio usando o mesmo equipamento. O projeto da junta também segue uma prática semelhante à soldagem de alumínio. Cuidados devem ser tomados para evitar projetos que possam reter o fluxo após a conclusão da soldagem, com soldas de topo e de borda sendo preferidas. De especial interesse é a alta taxa de expansão das ligas à base de magnésio, e a atenção especial que deve ser dada para evitar tensões nas peças. Fixações rígidas devem ser evitadas; use um planejamento cuidadoso para eliminar a distorção.  

Na maioria dos casos, o material de enchimento deve corresponder ao material de base na liga. Ao soldar duas ligas de magnésio diferentes, o fabricante do material deve ser consultado para recomendações. O alumínio nunca deve ser soldado ao magnésio. Como na soldagem de alumínio, é necessário um fluxo para quebrar os óxidos da superfície e garantir uma solda sólida. Os fundentes vendidos especificamente para a soldagem por fusão de magnésio estão disponíveis na forma de pó e são misturados com água da mesma maneira que para soldagem de alumínio. Use a quantidade mínima de fluxo necessária para reduzir os efeitos corrosivos e o tempo de limpeza necessário após o término da solda. A proteção ocular redutora de chama de sódio usada para soldagem de alumínio tem o mesmo benefício na soldagem de magnésio.

A soldagem é feita com uma configuração de chama neutra usando o mesmo tamanho de ponta para soldagem de alumínio. A técnica de soldagem segue o mesmo padrão do alumínio, com a soldagem sendo concluída em uma única passagem no material de calibre de folha. Geralmente, o processo TIG substituiu a soldagem a gás de magnésio devido à eliminação do fluxo corrosivo e suas limitações inerentes ao projeto da junta. 

Soldagem a arco de tungstênio a gás (soldagem TIG) 

O processo TIG como é conhecido hoje é uma combinação do trabalho feito pela General Electric na década de 1920 para desenvolver o processo básico, o trabalho feito pela Northrop na década de 1940 para desenvolver a própria tocha e o uso de gás hélio e um eletrodo de tungstênio. O processo foi desenvolvido para soldar magnésio na asa voadora Northrop XP-56 para eliminar os problemas de corrosão e porosidade com o processo de hidrogênio atômico que eles estavam usando com um fluxo de boro. Não foi prontamente usado em outros materiais até o final da década de 1950, quando encontrou mérito na soldagem de superligas da era espacial. Também foi usado mais tarde em outros metais, como alumínio e aço, em um grau muito maior. 

As modernas máquinas de solda TIG são oferecidas em configurações DC, AC ou AC/DC e usam tecnologia baseada em transformador ou inversor. Normalmente, uma máquina capaz de saída CA é necessária para o alumínio. A própria tocha TIG mudou pouco desde a primeira patente da Northrop. A soldagem TIG é semelhante à soldagem oxi-combustível em que a fonte de calor (tocha) é manipulada com uma mão e o enchimento, se usado, é manipulado com a outra. Uma diferença distinta é controlar a entrada de calor para o metal. O controle de aquecimento pode ser pré-ajustado e fixado por uma configuração da máquina ou variável pelo uso de um pedal ou controle montado na tocha.

Vários tipos de eletrodo de tungstênio são usados ​​com o soldador TIG. Os eletrodos toriados e zircônios têm melhores características de emissão de elétrons do que o tungstênio puro, tornando-os mais adequados para operações CC em máquinas baseadas em transformador, ou CA ou CC com as máquinas baseadas em inversores mais recentes. O tungstênio puro fornece um melhor equilíbrio de corrente com soldagem CA com uma máquina baseada em transformador, o que é vantajoso na soldagem de alumínio e magnésio. As sugestões dos fabricantes de equipamentos para tipo e forma de tungstênio devem ser seguidas, pois esta é uma parte sempre em mudança da tecnologia TIG.

A forma do eletrodo utilizado na tocha de soldagem TIG é um fator importante na qualidade e penetração da solda. A ponta do eletrodo deve ser moldada em uma pedra de amolar dedicada ou em um moedor de tungstênio para fins especiais para evitar a contaminação do eletrodo. A retificação deve ser feita longitudinalmente, não radialmente, com o sentido de deslocamento da pedra distante da ponta.

Em caso de dúvida, consulte o fabricante da máquina para obter as últimas sugestões atualizadas sobre a preparação de tungstênio ou se surgirem problemas.

As diretrizes gerais para a qualidade da solda, ajuste da junta antes da soldagem, jigging e controle de empenamento se aplicam a este processo da mesma forma que qualquer outro método de soldagem. De particular interesse são as etapas adicionais do processo que às vezes devem ser tomadas para realizar uma solda de qualidade; estes são tratados em suas seções apropriadas.

Tubulação de aço para soldagem TIG 4130 

A soldagem do 4130 com TIG não é muito diferente da soldagem de outros aços no que diz respeito à técnica. As informações a seguir geralmente abordam materiais com menos de 0,120 polegada de espessura.

Limpe o aço de qualquer óleo ou graxa e use uma escova de aço inoxidável para limpar a peça de trabalho antes da soldagem. Isso é para evitar porosidade e fragilização por hidrogênio durante o processo de soldagem. O processo TIG é altamente suscetível a esses problemas, muito mais do que a soldagem oxi-acetileno, portanto, deve-se ter cuidado para garantir que todos os óleos e tintas sejam removidos de todas as superfícies das peças a serem soldadas.

Use um soldador TIG com partida de alta frequência para eliminar os golpes de arco. Não solde onde houver brisa ou corrente de ar; as soldas devem esfriar lentamente. O pré-aquecimento não é necessário para tubos com espessura de parede inferior a 0,120 polegadas; no entanto, o revenimento pós-soldagem (alívio de tensão) ainda é recomendado para evitar a possível fragilidade da área ao redor da solda devido às formações de martensita não temperadas causadas pelo rápido resfriamento da solda inerente ao processo TIG.

Se você usar a haste de enchimento 4130, pré-aqueça o trabalho antes de soldar e trate com calor depois para evitar rachaduras. Em uma situação crítica como essa, a engenharia deve ser feita para determinar o tratamento térmico de pré-aquecimento e pós-soldagem necessário para a aplicação específica.

Soldagem TIG Aço Inoxidável 

Aços inoxidáveis, ou mais precisamente, aços resistentes à corrosão, são uma família de metais à base de ferro que contêm cromo em quantidades que variam de 10% a cerca de 30%. O níquel é adicionado a alguns dos aços inoxidáveis, o que reduz a condutividade térmica e diminui a condutividade elétrica. Os aços cromo-níquel pertencem à série AISI 300 de aços inoxidáveis. São não magnéticos e possuem microestrutura austenítica. Esses aços são amplamente utilizados em aeronaves nas quais é necessária resistência ou resistência à corrosão em alta temperatura.

Todos os aços inoxidáveis ​​austeníticos são soldáveis ​​com a maioria dos processos de soldagem, com exceção do AISI 303, que contém alto teor de enxofre, e do AISI 303Se, que contém selênio para melhorar sua usinabilidade.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos são ligeiramente mais difíceis de soldar do que os aços carbono-carbono. Eles têm temperaturas de fusão mais baixas e um menor coeficiente de condutividade térmica, de modo que a corrente de soldagem pode ser menor. Isso ajuda em materiais mais finos, pois esses aços inoxidáveis ​​possuem um maior coeficiente de expansão térmica, exigindo precauções e procedimentos especiais a serem utilizados para reduzir empenamento e distorção. Qualquer uma das técnicas de redução de distorção, como soldagem por salto ou soldagem por retrocesso, deve ser usada. Dispositivos elétricos e/ou gabaritos devem ser usados ​​sempre que possível. As soldas adesivas devem ser aplicadas duas vezes mais que o normal. 

A seleção da liga de metal de adição para soldagem do aço inoxidável é baseada na composição do metal base. As ligas de metal de adição para soldagem de aço inoxidável do tipo austenítico incluem AISI No. 309, 310, 316, 317 e 347. É possível soldar vários metais básicos inoxidáveis ​​diferentes com a mesma liga de metal de adição. Siga as recomendações do fabricante. 

Soldagem TIG Alumínio 

A soldagem TIG de alumínio usa técnicas e materiais de enchimento semelhantes à soldagem oxi-combustível. Consulte o fabricante específico da máquina de solda para obter recomendações sobre o tipo e o tamanho do tungstênio, bem como as configurações básicas da máquina para uma soldagem específica, pois isso varia de acordo com os tipos de máquina específicos. Normalmente, a máquina é configurada para uma forma de onda de saída CA porque causa uma ação de limpeza que quebra os óxidos da superfície. O gás de proteção argônio ou hélio pode ser usado, mas o argônio é preferido porque usa menos volume do que o hélio. O argônio é um gás mais pesado que o hélio, proporcionando melhor cobertura e uma melhor ação de limpeza ao soldar alumínio.   

A seleção do metal de adição é a mesma usada com o processo de oxi-combustível; no entanto, o uso de um fluxo não é necessário, pois o gás de proteção evita a formação de óxido de alumínio na superfície da poça de fusão, e a forma de onda AC quebra quaisquer óxidos que já estejam no material. A limpeza do metal base e do enchimento segue as mesmas diretrizes da soldagem oxi-combustível. Ao soldar tanques de qualquer tipo, é uma boa prática purgar o interior do tanque com um gás de proteção. Isso promove uma solda sólida com um perfil de cordão interno suave que pode ajudar a diminuir vazamentos de pinhole e futuras falhas por fadiga.

A soldagem é feita com ângulos de tocha e metal de adição semelhantes aos da soldagem oxi-combustível. A ponta do tungstênio é mantida a uma curta distância (1/16 – 1/8 de polegada) da superfície do material, tomando cuidado para nunca deixar a poça derretida entrar em contato com o tungstênio e contaminá-lo. A contaminação do tungstênio deve ser tratada removendo o alumínio do tungstênio e retificando a ponta no perfil recomendado pela fábrica. 

Soldagem TIG Magnésio 

As ligas de magnésio podem ser soldadas com sucesso usando o mesmo tipo de juntas e preparação que são usadas para aço ou alumínio. No entanto, devido à sua alta condutividade térmica e coeficiente de expansão térmica, que se combinam para causar tensões severas, distorção e rachaduras, precauções extras devem ser tomadas. As peças devem ser fixadas em um acessório ou gabarito. São recomendados cordões de soldagem menores, velocidade de soldagem mais rápida e o uso de um ponto de fusão mais baixo e varetas de enchimento de menor contração.

DC, polaridade direta ou reversa, e AC, com alta frequência sobreposta para estabilização do arco, são comumente usados ​​para soldagem de magnésio. A polaridade reversa DC proporciona uma melhor ação de limpeza do metal e é preferida para operações de soldagem manual. 

As fontes de alimentação CA devem ser equipadas com um contator primário operado por uma chave de controle na tocha ou um pedal de controle para iniciar ou parar o arco. Caso contrário, o arco que ocorre enquanto o eletrodo se aproxima ou se afasta da peça de trabalho pode resultar em pontos queimados na peça. 

O argônio é o gás de proteção mais comum usado para operações de soldagem manual. O hélio é o gás preferido para soldagem automatizada porque produz um arco mais estável que o argônio e permite o uso de comprimentos de arco ligeiramente maiores. Eletrodos de tungstênio zircônio, toriado e puro são usados ​​para a soldagem TIG de ligas de magnésio. 

A técnica de soldagem do magnésio é semelhante à usada para outros metais não ferrosos. O arco deve ser mantido em cerca de 5/16 polegadas. As soldas de aderência devem ser usadas para manter o ajuste e evitar distorções. Para evitar rachaduras na solda, solde do meio de uma junta em direção ao final e use placas de partida e de escoamento para iniciar e terminar a solda. Minimize o número de paradas durante a soldagem. Após uma parada, a solda deve ser reiniciada cerca de 1/2 polegada do final da solda anterior. Quando possível, faça a solda em uma passagem ininterrupta.   

Soldagem TIG Titânio 

As técnicas de soldagem de titânio são semelhantes às exigidas para ligas à base de níquel e aços inoxidáveis. Para produzir uma solda satisfatória, a ênfase é colocada na limpeza da superfície e no uso de gás inerte para proteger a área de solda. Um ambiente limpo é um dos requisitos para soldar titânio.

A soldagem TIG de titânio é realizada usando polaridade direta DC. Recomenda-se uma tocha refrigerada a água, equipada com um copo de cerâmica de 3/4 de polegada e uma lente de gás. A lente de gás fornece um fluxo de gás inerte uniforme e não turbulento. Eletrodos de tungstênio toriados são recomendados para soldagem TIG de titânio. O eletrodo de menor diâmetro que pode transportar a corrente necessária deve ser usado. Um contator remoto controlado pelo operador deve ser empregado para permitir que o arco seja quebrado sem remover a tocha do metal de solda resfriado, permitindo que o gás de proteção cubra a solda até que a temperatura caia.

A maior parte da soldagem de titânio é realizada em uma oficina de fabricação aberta. A soldagem de câmara ainda está em uso de forma limitada, mas a soldagem em campo é comum. Uma área separada deve ser separada e isolada de qualquer operação que produza sujeira, como esmerilhamento ou pintura. Além disso, a área de soldagem deve estar livre de correntes de ar e a umidade deve ser controlada. 

O metal de solda de titânio fundido deve ser totalmente protegido da contaminação pelo ar. O titânio fundido reage prontamente com oxigênio, nitrogênio e hidrogênio; a exposição a esses elementos no ar ou em contaminantes de superfície durante a soldagem pode afetar adversamente as propriedades da solda de titânio e causar fragilização da solda. O argônio é preferido para soldagem manual devido às melhores características de estabilidade do arco. O hélio é usado em soldagem automatizada e quando são necessários metais básicos mais pesados ​​ou penetração mais profunda. 

Expansão e Contração de Metais 

A expansão e contração do metal é um fator levado em consideração durante o projeto e fabricação de todas as aeronaves. É igualmente importante reconhecer e permitir as mudanças dimensionais e tensões metálicas que podem ocorrer durante qualquer processo de soldagem. 

O calor faz com que os metais se expandam; resfriamento faz com que eles se contraiam. Portanto, aquecimento desigual causa expansão desigual e resfriamento desigual causa contração desigual. Sob tais condições, as tensões são estabelecidas dentro do metal. Essas forças devem ser aliviadas e, a menos que sejam tomadas precauções, ocorre empenamento ou flambagem do metal. Da mesma forma, no resfriamento, se nada for feito para absorver a tensão criada pelas forças de contração, pode ocorrer deformação adicional; ou se o metal for muito pesado para permitir essa mudança de forma, as tensões permanecem dentro do próprio metal.

O coeficiente de expansão linear de um metal é a quantidade em polegadas que um pedaço de metal de uma polegada se expande quando sua temperatura aumenta 1 °F. A quantidade que um pedaço de metal se expande quando o calor é aplicado é encontrado multiplicando o coeficiente de expansão linear pelo aumento de temperatura e multiplicando esse produto pelo comprimento do metal em polegadas.

A expansão e a contração tendem a empenar e deformar chapas finas de metal 1/8 de polegada ou mais finas. Este é o resultado de ter uma grande área de superfície que espalha o calor rapidamente e o dissipa logo após a remoção da fonte de calor. O método mais eficaz de aliviar esta situação é remover o calor do metal próximo à solda, evitando que ele se espalhe por toda a área da superfície. Isso pode ser feito colocando peças pesadas de metal, conhecidas como barras de resfriamento, em ambos os lados da solda; para absorver o calor e evitar que ele se espalhe. O cobre é mais frequentemente usado para barras de resfriamento devido à sua capacidade de absorver calor prontamente. As luminárias de soldagem às vezes usam esse mesmo princípio para remover o calor do metal base. A expansão também pode ser controlada por soldagem por pontos em intervalos ao longo da junta.

O efeito de soldar uma costura com mais de 10 ou 12 polegadas é juntar a costura à medida que a solda avança. Se as bordas da costura forem colocadas em contato umas com as outras em todo o seu comprimento antes do início da soldagem, as extremidades da costura se sobrepõem antes que a solda seja concluída. Essa tendência pode ser superada colocando as peças a serem soldadas com a costura espaçada corretamente em uma extremidade e aumentando o espaço na extremidade oposta.

A quantidade de espaço permitido depende do tipo de material, da espessura do material, do processo de soldagem utilizado e da forma e tamanho das peças a serem soldadas. Instrução e/ou experiência em soldagem ditam o espaço necessário para produzir uma junta sem tensão.

A solda é iniciada na extremidade espaçada corretamente e prossegue em direção à extremidade que tem a folga aumentada. À medida que a costura é soldada, o espaço se fecha e deve fornecer a folga correta no ponto de soldagem. Folhas de metal com menos de 1/16 de polegada podem ser manuseadas flangeando as bordas, soldando pontos em intervalos e depois soldando entre os pontos.

Há menos tendências para o estoque de chapas com mais de 1/8 de polegada para deformar e empenar quando soldado porque a maior espessura limita o calor a uma área estreita e o dissipa antes que ele vá longe na chapa.

O pré-aquecimento do metal antes da soldagem é outro método de controle de expansão e contração. O pré-aquecimento é especialmente importante ao soldar estruturas tubulares e peças fundidas. Grande tensão pode ser estabelecida em soldas tubulares por contração. Ao soldar dois membros de uma junta em T, um tubo tende a se retrair devido à contração desigual. Se o metal for pré-aquecido antes do início da operação de soldagem, a contração ainda ocorre na solda, mas a contração que a acompanha no resto da estrutura é quase a mesma e a tensão interna é reduzida.