Soldagem por Pulverização Explicada: Processo, Técnicas e Segurança

O que é Soldagem por Pulverização?

A soldagem por pulverização refere-se a vários processos de soldagem na forma de pulverização térmica. É uma atividade industrial na qual um pó ou arame é atomizado em alta velocidade com gás comprimido e pulverizado sobre uma superfície metálica.

A soldagem por pulverização envolve o uso de plasma industrial, chama, pistolas de detonação, pulverização a arco e oxicombustível de alta velocidade. Devido ao calor significativo gerado pela soldagem por respingo, procedimentos e regulamentos devem ser seguidos cuidadosa e consistentemente para evitar danos a pessoas e ao meio ambiente.

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Como Funciona a Soldagem por Pulverização?

Pulverização térmica é um termo geral que representa múltiplos processos de revestimento. Toda a soldagem envolve o uso de material de revestimento, por exemplo, uma vareta, pó ou arame, que é derretido por várias fontes de energia.

Em termos simples, pode ser definido como um processo industrial de revestimento consistindo de uma fonte de calor e um material de revestimento derretido em gotículas que são pulverizadas em alta velocidade. A pulverização é impulsionada em direção a um substrato por um jato de atomização ou gás.

A pulverização térmica é um processo bastante versátil e conhecido por ser altamente eficiente. Pode ser uma boa alternativa para vários tratamentos de superfície, que incluem processos de tratamento térmico ou nitretação, cromo, niquelagem, anodização, entre outros métodos.

A espessura do revestimento difere com base nas preferências individuais. O revestimento repara componentes desgastados e peças básicas de máquinas. Também pode ser aplicado para melhorar o desempenho e a durabilidade do elemento. Isso pode durar até 70% mais se bem tratado.

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Diferentes Tipos de Técnicas de Soldagem por Pulverização

1. Soldagem a Arco por Pulverização (Spray Arc Welding)

A soldagem a arco por pulverização é um dos processos usados para transferir metal do eletrodo ou arame para a solda. Pequenas gotículas de metal fundido viajam através do arco e sobre o metal base ou junta sendo trabalhada.

A transferência por pulverização é ideal para uso em metais mais espessos para soldas de topo ou filete. Não é adequada para trabalho de soldagem posicionado porque as gotículas de metal voando e a gravidade não criam uma situação ideal para o soldador ou o trabalho de soldagem.

Tecnicamente, a soldagem a arco por pulverização é uma pulverização de metal fundido que é transferida através do arco, muito como água escapando de uma mangueira de jardim com um orifício restrito. A soldagem a arco por pulverização reduz respingos de solda e cria um cordão de solda mais fino.

Processo

O processo envolve níveis altos de corrente e tensão. Quando o arame é trazido próximo ao metal base, ele gera uma corrente antes de tocar o metal. A corrente aquece o arame muito rapidamente e o derrete. O metal fundido viaja na forma de pequenas gotículas através do arco gerado, dando-lhe o nome de soldagem a arco por pulverização.

A soldagem a arco por pulverização pode atingir altas taxas de deposição de metal quando equipada com a combinação ideal de gás de proteção, metal, bitola do arame e distância ponta-contato. Com a combinação perfeita de tudo, o processo pode gerar correntes transitórias muito altas. O processo também é chamado de pulverização axial.

Os níveis de corrente usados neste processo devem ser maiores que a corrente transitória. Só então o metal será transferido na forma de gotas, e não apenas derretido. O processo requer o uso de altos níveis de corrente com níveis de tensão suficientes para garantir uma solda livre de respingos.

Vantagens

A soldagem a arco por pulverização é um processo muito eficiente. Alguns dos benefícios significativos oferecidos por este processo incluem:

• Altas taxas de deposição de metal
• Boa fusão e penetração do metal
• Excelente aparência do cordão de solda
• Capacidade de usar arames de eletrodo de diâmetro maior
• Geração muito baixa de respingos

Apesar da presença de tais benefícios extensos, o método de transferência por pulverização a arco tem limitações substanciais.

Limitações

As limitações da transferência por pulverização a arco incluem, mas não se limitam a:

• É adequado apenas para uso em materiais espessos (cerca de 3 mm ou 1/8 pol. e mais espessos)
• Limitado a posições de solda filete plana e horizontal
• Não tem capacidade de raiz aberta

2. Processo de Pulverização a Chama

Pulverização a chama, também conhecida como pulverização por combustão oxi/acetileno, é a técnica original de pulverização térmica desenvolvida há cerca de 100 anos. Usa os princípios básicos de um maçarico de soldagem com a adição de um fluxo de ar de alta velocidade para impulsionar partículas fundidas sobre o substrato.

O material de revestimento pode estar em forma de arame ou pó. Revestimentos de pulverização a chama são frequentemente fundidos após a aplicação para melhorar adesão e densidade do revestimento.

Vantagens

• Altas taxas de deposição
• Baixo aquecimento superficial
• Versátil
• O processo é simples e amigável ao usuário

Desvantagens

• Adesão relativamente baixa
• Eficiência de aquecimento aumentada
• Não compatível com metais com pontos de fusão que excedem 2.800°C

3. Oxi-Combustível de Alta Velocidade (HVOF)

O processo HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel) combustiona oxigênio e um grupo selecionado de gases inflamáveis, incluindo propano, propileno ou hidrogênio. Embora o sistema HVOF use o princípio básico de combustão, a pistola de pulverização é projetada diferentemente da pistola de pulverização oxi-combustível padrão.

As diferenças da pistola HVOF produzem temperaturas de chama mais altas e velocidades mais altas. O resultado é um pó mais completamente fundido e mais energia cinética disponível para "achatar" as partículas fundidas do material de revestimento. O processo HVOF produz resistência de ligação superior e densidade de revestimento.

O processo HVOF é mais comumente usado para depositar metais e ligas metálicas de alto ponto de fusão, como carboneto de tungstênio, carboneto de cromo.

Vantagens

• Suporta altamente revestimento espesso
• Níveis baixos de porosidade
• Altos níveis de adesão
• Mais carbonetos retidos comparado à pulverização a chama ou plasma

Desvantagens

• Relativamente alto ruído, com nível de ruído de até 130 dB
• Baixa taxa de deposição
• Ligeiramente caro

4. Processo de Pulverização a Plasma (PTA)

O processo de pulverização a plasma (arco não transferido), usa gases inertes alimentados passando por um eletrodo induzindo o estado de "plasma" dos gases. Quando os gases saem do bico do aparelho da pistola e retornam ao seu estado normal, uma quantidade tremenda de calor é liberada.

Um material de revestimento em pó é injetado na "chama" de plasma e impulsionado sobre o substrato.

Revestimentos cerâmicos são mais frequentemente aplicados usando pulverização a plasma devido às suas altas temperaturas de fusão. (Frequentemente > 1927°C). Vários tipos de revestimentos cerâmicos podem ser aplicados usando pulverização a plasma.

Vantagens

• Fácil de aplicar
• Partículas de cermet são maiores em tamanho
• Resistência ao desgaste
• Porosidade muito baixa ou zero
• Revestimento espesso
• Baixo aquecimento do substrato comparado a GTAW

Desvantagens

• Alta oxidação no material pulverizado
• Difícil obter uma camada fina de 1 mm ou menos

5. Pulverização por Detonação

Pulverização por detonação é uma das muitas formas de técnicas de pulverização térmica usadas para aplicar um revestimento protetor a velocidades supersônicas a um material para alterar suas características de superfície. Isso é principalmente para melhorar a durabilidade de um componente.

Foi inventada pela primeira vez em 1955 por H.B. Sargent, R.M. Poorman e H. Lamprey e é aplicada a um componente usando uma pistola de detonação especificamente projetada (D-gun). O componente sendo pulverizado deve ser preparado corretamente removendo todos os óleos superficiais, graxas, detritos e rugosidade da superfície para alcançar um revestimento de pulverização por detonação fortemente ligado.

Este processo envolve as maiores velocidades (≈3500 m/s onda de choque que impulsiona os materiais de revestimento) e temperaturas (≈4000 °C) de materiais de revestimento comparadas a todas as outras formas de técnicas de pulverização térmica.

Isso significa que a pulverização por detonação é capaz de aplicar revestimentos protetores de baixa porosidade (abaixo de 1%) e baixo teor de oxigênio (entre 0,1-0,5%) que protegem contra corrosão, abrasão e adesão sob baixa carga.

Este processo permite a aplicação de revestimentos de superfície muito duros e densos que são úteis como revestimentos resistentes ao desgaste. Por esta razão, a pulverização por detonação é comumente usada para revestimentos protetores em motores de aeronaves, plugues e anéis de calibre, arestas de corte (facas de desbaste), brocas tubulares, pás de rotor e estator, trilhos guia, ou qualquer outro material metálico sujeito a alto desgaste.

Comumente, os materiais pulverizados sobre componentes durante a pulverização por detonação são pós de metais, ligas metálicas e cermets; assim como seus óxidos (alumínio, cobre, ferro, etc.).

Pulverização por detonação é um processo industrial que pode ser perigoso se não for realizado corretamente e em um ambiente seguro. Como tal, existem muitas precauções de segurança que devem ser seguidas ao usar esta técnica de pulverização térmica.

6. Processo de Pulverização a Frio

Pulverização a frio (CS) é um método de deposição de revestimento. Pós sólidos (1 a 50 micrômetros de diâmetro) são acelerados em um jato de gás supersônico a velocidades de até cerca de 1200 m/s. Durante o impacto com o substrato, as partículas sofrem deformação plástica e aderem à superfície.

Para alcançar uma espessura uniforme, o bico de pulverização é escaneado ao longo do substrato. Metais, polímeros, cerâmicas, materiais compósitos e pós nanocristalinos podem ser depositados usando pulverização a frio.

A energia cinética das partículas, fornecida pela expansão do gás, é convertida em energia de deformação plástica durante a ligação. Diferente de técnicas de pulverização térmica, como pulverização a plasma, pulverização a arco, pulverização a chama ou oxicombustível de alta velocidade (HVOF), os pós não são fundidos durante o processo de pulverização.

Vantagens da Soldagem por Pulverização

• Cordão de solda liso
• Alta penetração (usado em metal 3/16" ou maior)
• Altas taxas de deposição de solda
• Respingos mínimos
• Custo reduzido: pulverização usada para fortalecer material de menor custo
• Baixa entrada de calor: revestimentos não penetram no material base
• Versátil: A maioria dos metais, plásticos e cerâmicas pode ser pulverizada
• Funciona dentro de uma ampla faixa de espessura: 0,001 a 0,1 polegadas, pode ser mais de 1 polegada de espessura
• Velocidade de processamento rápida: pulverização aplica de 3 a 60 lb/hora (depende do processo usado)

Desvantagens da Soldagem por Pulverização

• Requer treinamento do soldador
• Custo do gás pode ser maior devido a níveis mais altos de argônio (> 85%)
• Recomendado para posição plana e filetes horizontais apenas
• Alto calor pode causar desconforto ao soldador
• Subcorte pode ser causado, especialmente na borda superior das soldas
• Ligação do revestimento é mecânica, não metalúrgica
• Processo de linha de visão
• Resistência pobre dos revestimentos a carga pontual

Perguntas Frequentes

O que é Soldagem por Pulverização?

Soldagem por pulverização é um termo usado para classificar vários procedimentos de soldagem na forma de pulverização térmica. É uma atividade industrial que envolve atomizar e pulverizar um pó ou arame sobre uma superfície metálica em alta velocidade com gás comprimido.

O que é Soldagem a Arco por Pulverização?

Soldagem a arco por pulverização é um dos processos usados para transferir metal do eletrodo ou arame para a solda. Minúsculas gotículas fundidas de metal viajam via arco e sobre o metal base ou a junta sendo trabalhada. Transferência por pulverização é ideal para uso em metais mais espessos para juntas de topo ou filete.

Como configurar um arco por pulverização?

Para maiores velocidades de produção use transferência por pulverização. Mistura com mais de 80% de argônio, defina a tensão em 23-4 volts para começar. Defina a amperagem com cerca de 300-400 polegadas de velocidade de alimentação do arame. Aumente/diminua novamente a velocidade de alimentação do arame até atingir 150 amperes.

Até que espessura você pode soldar por pulverização?

A pulverização térmica pode fornecer revestimentos espessos (faixa de espessura aproximada de 20 mícrons a vários mm, dependendo do processo e matéria-prima), sobre uma grande área a uma alta taxa de deposição em comparação com outros processos de revestimento como eletrodeposição, deposição física e química de vapor.

A soldagem por pulverização é forte?

Soldagem por Pulverização Oxi-Combustível de Alta Velocidade. O gás atinge velocidades supersônicas enquanto ao mesmo tempo o pó é injetado na chama. O processo fornece revestimentos de pulverização térmica densos com menos de 1% de porosidade. O resultado tem alta resistência de ligação e acabamentos de superfície finos como pulverizados.