Gases de Soldagem: Por Que Importam e Tipos Essenciais

O que são gases de soldagem?

Gás de soldagem é usado de diversas formas. Estas incluem: proteger o arco de impurezas como ar, poeira e outros gases; manter as soldas limpas no lado inferior da junta oposto ao arco (ou purga); e aquecer o metal. Gases de cobertura (blanketing) também são usados para proteger o metal após o processo de soldagem.

Gases usados em processos de soldagem e corte incluem:

• Gases de proteção (shielding) como dióxido de carbono, argônio, hélio, etc.
• Gases combustíveis (fuel gases) como acetileno, propano, butano, etc.
• Oxigênio, usado com gases combustíveis e também em pequenas quantidades em algumas misturas de gases de proteção

Enquanto soldadores a bastão tradicionais sabiam muito pouco sobre gases com sua soldagem, o aumento das máquinas de soldagem MIG e TIG nos últimos 70-80 anos trouxe a necessidade de gás de soldagem como commodity comum na maioria das oficinas.

Ao entrarmos nos principais gases e misturas usados no mundo da soldagem, é fascinante aprender o quanto progredimos no curto tempo desde que foram implementados pela primeira vez. A progressão é enorme, e o que está por vir para novos gases, ou novas formas de usar estes gases, é empolgante.

Neste artigo, exploraremos os diferentes tipos de gás de soldagem e seus usos.

Qual é o Propósito do Gás na Soldagem?

Existem diversos usos para gás na soldagem. Isso pode incluir: manter o arco livre de impurezas (como poeira, outros gases, sujeira, etc.),

Também usado para auxiliar a estabilidade do arco e garantir transferência adequada de metal para muitos processos de soldagem. Garantir que o banho de solda permaneça limpo abaixo da junta (isso é conhecido como purga), para cobertura (blanketing) e aquecimento também.

Se você não usar gás corretamente na soldagem, pode acabar com uma solda fraca ou porosa ou descobrir que há muitos respingos durante a soldagem. Respingos não arruínam a solda, mas reduzem a produtividade, pois exigem esforço para limpar.

1. Gases Inertes e Reativos

Existem dois tipos de gás aplicáveis à soldagem:

Gases inertes. Um gás inerte é um gás que não muda sob um determinado conjunto de condições. Gases inertes são frequentemente usados em soldagem, vedação ou aplicações de marcação em um esforço para evitar reações químicas indesejadas que podem degradar uma peça. Estas reações indesejadas incluem oxidação e hidrólise, que são reações com oxigênio e umidade no ar.

Nitrogênio purificado e argônio são os mais comumente usados como gases inertes devido à sua alta abundância natural (78% N₂, 1% Ar no ar) e custo relativamente baixo.

Gases reativos. Também conhecidos como gases semi-inertes — são gases que não sofrem reações químicas sob condições específicas, como oxidação. Estes incluem argônio, dióxido de carbono, hélio e nitrogênio.

Gases de proteção redutores na tecnologia de soldagem são sempre gases mistos consistindo de argônio ou nitrogênio com hidrogênio. Argônio com hidrogênio é usado, por exemplo, na soldagem TIG de aço inoxidável. Nitrogênio e hidrogênio são aplicados como gases de apoio (backing). Atenção: Se a proporção de hidrogênio for superior a 10%, deve ser queimado (flare) devido a riscos de incêndio e explosão.

2. Gás de proteção (Shielding gas)

Quando o ar entra no arco enquanto você está soldando, causa bolhas de ar no metal fundido, criando uma solda fraca e muito feia. Você não pode soldar MIG ou TIG sem um gás de proteção, a menos que o material de adição usado seja tubular (flux-cored) ou revestido com fundente. Isso serve ao mesmo propósito de um gás de proteção, mantendo impurezas fora, mas de forma diferente.

A maioria dos gases de proteção são inertes, o que os torna ideais para proteger um processo de soldagem, pois permanecem estáveis sob as condições extremas da soldagem. Eles também nutrem a solda de diferentes maneiras, dependendo do gás usado, incluindo maior penetração, maior fluidez quando fundido e superfície mais lisa no cordão.

3. Gás de purga (Purging gas)

Gases de purga são usados para cobrir o lado inferior do material que você está soldando da mesma forma que um gás de proteção faz, apenas é feito separadamente do processo natural da solda.

Enquanto você solda o topo de uma junta, a parte inferior da junta é vedada e tem um fluxo de gás purgando-a. É frequentemente usado com itens de aço inoxidável, e pode ser o mesmo tipo de gás ou um gás diferente do que é usado no topo da junta.

4. Gás de aquecimento (Heating gas)

Certos tipos de soldagem, como soldagem a gás e brasagem, requerem gás para aquecer o metal ou as varetas de adição para realizar a soldagem. Isso substitui a necessidade de um arco.

Tipos específicos de soldagem requerem que o metal seja pré-aquecido antes da soldagem, para o que este gás é usado. O gás é simplesmente um combustível misturado com ar ou oxigênio, que é aceso por uma chama para aquecer ou derreter o metal.

5. Gás de cobertura (Blanketing gas)

Cobertura (blanketing) é um processo onde tanques e espaços confinados são preenchidos com gás após serem concluídos para manter ar e outros contaminantes de danificar ou manchar o produto acabado.

Às vezes é usado para preencher os projetos concluídos inteiramente. Outras vezes, o gás é adicionado ao tanque cheio de ar, criando uma mistura para manter o tanque puro contra outros gases ou reações.

Os Diferentes Tipos de Gás Usados para Soldagem

Os dois primeiros gases de proteção, argônio e hélio, são inertes, enquanto os outros quatro — hidrogênio, oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio — são semi-inertes.

Certifique-se de avaliar os objetivos do seu projeto para selecionar o gás certo para a solda em questão. Coisas a ter em mente ao selecionar: custo, o que a preparação envolve, o metal de base que você soldará, as propriedades da solda finalizada e o que precisa ser feito durante a limpeza pós-soldagem.

Os quatro gases de proteção mais comuns usados na soldagem MIG são Argônio, Hélio, Dióxido de Carbono e Oxigênio. Cada um fornece benefícios e desvantagens únicos em qualquer aplicação.

Argônio (Ar)

O argônio permite penetração mais estreita, o que é útil para soldas de topo e filete. Também possui um arco suave e relativamente fluido. Se você vai soldar metais não ferrosos, como titânio, alumínio ou magnésio, precisará usar argônio puro.

O argônio também é frequentemente misturado com hidrogênio, hélio ou oxigênio. Isso ajuda a intensificar as características do arco e auxiliar na transferência de metal.

Se qualidade e estética da solda são importantes, gases misturados são bons de usar. Você tem várias opções variando entre 75-95% argônio e 5-25% CO₂. Eles produzem melhor estabilidade do arco e reduzem respingos comparado a 100% CO₂.

Gases misturados também podem ser usados no processo de transferência por spray que, por sua vez, proporciona soldas visualmente mais atraentes, bem como maior produtividade. Misturas Argônio/CO₂ são boas para soldar aços de baixa liga, alguns aços inoxidáveis e aços carbono. Esteja ciente, no entanto, que níveis mais altos de CO₂ podem causar aumento de respingos.

Hélio (He)

Geralmente usado em metais não ferrosos, o hélio também pode ser usado em aço inoxidável. Funciona bem com metais espessos devido às suas capacidades de penetração ampla e profunda. Geralmente é usado em proporções de 25-75% hélio para 75-25% argônio.

Ajustando essas proporções, você pode alterar a penetração e o perfil do cordão. Quando usado em aços inoxidáveis, o hélio geralmente é usado em uma mistura tri-gás com CO₂ e argônio. O hélio também é usado para prevenir oxidação durante a soldagem de metais como aço inoxidável, alumínio, magnésio e ligas de cobre.

O hélio cria um arco mais quente, o que proporciona velocidades de avanço mais rápidas e, assim, maior produtividade. Dito isso, o hélio é mais caro e requer uma taxa de fluxo mais alta que o argônio. Pesar o valor do custo do gás contra as taxas de produtividade é importante ao considerar o uso de hélio.

Dióxido de Carbono (CO₂)

O CO₂ é, de longe, o mais comum e é um dos únicos gases que pode ser usado em sua forma pura sem necessidade de adição de gás inerte, como argônio ou hélio. Por isso, o CO₂ é a opção mais econômica e uma boa escolha se os custos do projeto são prioridade.

CO₂ puro, também conhecido como 100% CO₂, proporciona penetração profunda na solda, tornando-o útil quando se precisa soldar materiais espessos. Dito isso, CO₂ puro é limitado apenas ao processo de soldagem em curto-circuito e produz um arco menos estável, bem como mais respingos do que quando combinado com outros gases (também conhecidos como "gases misturados").

CO₂ puro é bom para projetos onde a estética da solda não é importante, ou a solda não pode ser vista, como na parte inferior de um carro. A limpeza pós-soldagem também é um pouco mais envolvida.

Oxigênio (O₂)

Um gás reativo, o oxigênio é tipicamente usado em pequenas quantidades quando adicionado a gases de proteção, geralmente entre 1-9%. Isso melhora a fluidez do banho de solda, bem como a estabilidade do arco e penetração em aço inoxidável, carbono suave e ligas de baixa liga.

Não é recomendado usar oxigênio com alumínio, cobre, magnésio ou outros metais exóticos, pois pode causar oxidação.

Misturas Oxigênio/Argônio são tipicamente usadas em aço inoxidável e carbono simples. Produz um arco estável com respingos limitados. Níveis mais altos de oxigênio, no entanto, podem tornar a soldagem fora de posição difícil devido ao fato de que aumentará a fluidez do banho.

Nitrogênio (N)

Outro gás de proteção barato, o nitrogênio aumenta a penetração da solda e a estabilidade do arco quando misturado com outros gases. Estas misturas também podem melhorar as propriedades químicas de ligas contendo nitrogênio.

O nitrogênio é usado como gás de purga para soldagem de tubos de aço inoxidável. Adicionado ao argônio em pequenas quantidades, também pode ser usado como gás de proteção para aço inoxidável.

Hidrogênio (H)

Quando adicionado ao argônio, o hidrogênio proporciona penetração mais profunda e velocidades de soldagem mais rápidas. A mistura de hidrogênio, argônio e dióxido de carbono pode melhorar a penetração da solda. No entanto, se mal utilizado, o hidrogênio pode causar porosidade.

O hidrogênio serve como gás de proteção em aplicações de alta temperatura, como aço inoxidável. É frequentemente misturado com argônio para uso em aço inoxidável austenítico.

Os Diferentes Tipos de Gases Misturados Usados na Soldagem

Argônio & CO₂

A mistura de gás mais comum para proteção na soldagem é uma Mistura CO₂ Argônio. Pode variar de 95% a 80% Argônio e 5% a 20% CO₂. Na maioria das aplicações, isso criará uma solda agradavelmente suave e manterá a quantidade de respingos ao mínimo.

Quanto mais grosso o aço que você quer soldar, mais Dióxido de Carbono você precisa na mistura e mais fino ele for, mais Argônio você precisa.

Soldadores usam estas misturas de gás em:

• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em aço carbono
• Soldagem a arco com arame tubular (FCAW) em aço carbono
• Soldagem a arco com arame tubular (FCAW) em aço inoxidável

Argônio, CO₂ & Oxigênio

Se você procura um pouco mais de fluidez no banho de solda, provavelmente está procurando uma mistura de Argônio, CO₂ e Oxigênio. Você obtém propriedades bastante semelhantes à mistura Argônio, Dióxido de Carbono quando se trata da solda finalizada.

No entanto, além da fluidez melhorada, também pode melhorar a velocidade de avanço do processo de soldagem e tornar o soldador muito mais produtivo. Usamos nos seguintes processos:

• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em aço carbono
• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em aço inoxidável em alguns casos

Argônio, Hélio, CO₂

Existe uma ampla gama de misturas diferentes disponíveis quando seu gás de solda escolhido é uma mistura de Argônio, Hélio, Dióxido de Carbono. Dependendo do uso, a mistura será dominada por Hélio ou Argônio.

Os gases usados tornam esta mistura adequada para soldar qualquer coisa, desde aço carbono até aço inoxidável, e pode até ser usada como gás para soldagem de alumínio. (uma boa mistura para soldar aço inoxidável com máquinas MIG)

Argônio/Hélio/CO₂ é melhor para os seguintes processos:

• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em aço inoxidável
• Soldagem a arco com arame tubular (FCAW) em aço carbono
• Soldagem a arco com arame tubular (FCAW) em aço inoxidável

Hélio & Argônio

Se você procura gás para soldar Alumínio, provavelmente vai optar por Hélio & Argônio misturados. Além do Alumínio, também é adequado para soldar ligas.

Por quê? Bem, porque a mistura proporciona um nível mais profundo de penetração e também entrega um acabamento amplo na própria solda.

Usamos esta mistura mais comumente em:

• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em alumínio
• Soldagem a arco de tungstênio com gás (GTAW) em aço inoxidável ou alumínio

Argônio & Oxigênio (O₂)

Esta mistura de gases não é adequada para aço inoxidável e se você estiver soldando aço com ela – normalmente será aço de bitola leve. Seu propósito é ajudar com a fusão do material do aço.

Normalmente você não encontrará muito Oxigênio nesta mistura de gás argônio porque caso contrário queimaria muito quente e a soldagem a gás argônio é para coisas mais finas e materiais mais finos.

Use misturas argônio/O₂ para os seguintes processos de soldagem e metais:

• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em aços inoxidáveis
• Soldagem a arco metálico com gás (GMAW) em aço carbono

Argônio & Hidrogênio

Se você está soldando TIG com gás, uma mistura de Hidrogênio e Argônio é ideal quando você precisa de uma solda limpa. O hidrogênio impede que qualquer oxigênio no ar entre na solda e cause oxidação.

O subproduto desta reação é água que evapora rapidamente sob o calor da soldagem. Ajuda a manter um arco estreito e preciso enquanto aumenta a transmissão de calor.

• Soldagem a arco de tungstênio com gás (GTAW) em aço austenítico

Nitrogênio & Hidrogênio

Esta mistura tem um uso bastante especializado e é um gás de proteção para a preparação de aços inoxidáveis austeníticos (ou seja, alto em cromo e níquel com baixo carbono).

Permite um nível mais alto de penetração enquanto torna o processo de soldagem mais rápido. Também ajuda a melhorar as propriedades mecânicas do produto final de aço inoxidável.

Gases na Soldagem Oxi-Combustível

Os três gases abaixo — acetileno, propano e propileno — são usados na soldagem oxi-combustível e são extremamente inflamáveis.

1. Acetileno

O acetileno é muito inflamável e altamente combustível no ar. É muito fácil de produzir e bastante barato de usar.

É combinado com oxigênio e usado como fonte de combustível em certos tipos de soldagem. Produz uma chama muito quente capaz de cortar ou soldar a maioria dos metais.

2. Propano

O propano também é muito inflamável e altamente combustível no ar. É mais conhecido como GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) e é usado como fonte de combustível em muitos contextos.

Queimará a pele se entrar em contato com ela. Surpreendentemente, no entanto, não pode ser usado em soldagem a gás porque, diferentemente do acetileno, quando queimado em oxigênio não cria uma zona redutora (que limparia a superfície do aço enquanto você solda).

É usado principalmente para brasagem após a soldagem ser concluída.

3. Propileno

O propileno não é realmente um gás puro, é uma mistura com Oxigênio. Queima a um calor muito mais alto que Propano e Oxigênio e é completamente adequado para soldagem de fusão não estrutural, brasagem, aquecimento e mais.

No entanto, geralmente é fornecido em pequenos cilindros descartáveis que não são realmente grandes o suficiente para permitir aquecimento durante a soldagem de itens grandes.

4. Ar Comprimido

Como você pode esperar, ar comprimido é o mais barato dos gases usados em soldagem porque é ar. (Embora seja frequentemente purificado um pouco). Quando você mistura ar comprimido com outro combustível, pode produzir uma chama forte a uma temperatura mais baixa que uma chama oxi-combustível. Para soldadores, isso significa que eles podem obter maior controle sobre a espessura do revestimento de carbono que aplicam à solda.

Segurança em Soldagem a Gás

Armazenamento e Manuseio

• Mantenha cilindros longe de danos físicos, calor e adulteração.
• Prenda equipamentos com correntes para evitar quedas.
• Armazene longe de materiais inflamáveis e combustíveis.
• Armazene cilindros extras de gás e oxigênio separadamente.
• Armazene em posição vertical.
• Feche válvulas dos cilindros antes de mover.
• Tampas de proteção ou reguladores devem ser mantidos no lugar.
• Role cilindros nas bordas inferiores para mover — Não arraste.
• Permita muito pouco movimento durante o transporte.

Dicas Gerais de Segurança em Soldagem a Gás

• Inspecione equipamentos quanto a vazamentos em todas as conexões usando solução aprovada de teste de vazamento.
• Inspecione mangueiras quanto a vazamentos e pontos desgastados.
• Substitua mangueiras ruins.
• Proteja mangueiras e cilindros de faíscas, chamas e metal quente.
• Use um isqueiro de pedra (flint lighter) para acender a chama.
• Fique ao lado (afastado dos reguladores) ao abrir válvulas dos cilindros.
• Abra válvulas dos cilindros muito lentamente para evitar que pressões súbitas altas explodam os reguladores.
• Abra apenas ¼ a ¾ de volta a válvula do cilindro de acetileno; deixe a chave no lugar para que o cilindro possa ser fechado rapidamente em uma emergência.
• Abra e acenda o acetileno primeiro, depois abra e ajuste o oxigênio para uma chama neutra.
• Siga as recomendações do fabricante para desligar o maçarico. Se as diretrizes não estiverem disponíveis, a prática comumente aceita é fechar a válvula de oxigênio primeiro.
• Quando terminar, feche as válvulas dos cilindros, alivie as linhas para tirar pressão dos reguladores, enrole as mangueiras cuidadosamente e guarde o equipamento.
• Tenha um extintor de incêndio facilmente acessível no local de soldagem.