Nos países industrializados com indústrias de fabricação de equipamentos avançados, aproximadamente 50% do valor total da produção provém de empresas relacionadas à soldagem. Para aumentar a competitividade no mercado, os fabricantes exigem cada vez mais maior eficiência de produção e custos de produto mais baixos. Para melhorar a eficiência da soldagem, diversas abordagens, como o uso de parâmetros de soldagem extraordinários,soldagem híbridaA soldagem multi-fio ou multi-arco e o uso de arames de solda aprimorados podem ser adotados. Esses processos de soldagem avançados melhoraram significativamente a eficiência da produção de soldagem, obtiveram ampla aplicação e deram importantes contribuições paraavanços na tecnologia de soldagem.

Com a entrada no século XXI e o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a soldagem de alta eficiência tem recebido crescente atenção e se tornado uma tendência de desenvolvimento na pesquisa e aplicação da tecnologia de soldagem, tanto nacional quanto internacionalmente. Anteriormente, o foco principal na soldagem de alta eficiência era a melhoria dos materiais de soldagem. Nos últimos anos, o aprimoramento da automação da soldagem impulsionou o desenvolvimento da tecnologia de soldagem de alta eficiência, e a soldagem de alta velocidade ousoldagem de alta taxa de deposiçãotornou-se a direção de desenvolvimento futuro. A chamada "tecnologia de soldagem de alta eficiência" refere-se essencialmente a um conjunto de tecnologias como soldagem de alta velocidade, soldagem com alta taxa de deposição e soldagem de alta eficiência.

(1) Abordagens para melhorar a eficiência da soldagem

A melhoria da eficiência da produção de soldagem envolve dois aspectos: um é a soldagem de alta taxa de deposição, que visa aumentar a taxa de fusão dos materiais a serem soldados, exigindo a fusão de mais materiais por unidade de tempo. É utilizada principalmente para soldagem de chapas grossas, com uma taxa de deposição de até 30 kg/h. O outro é a soldagem de alta velocidade, que visa aumentar a velocidade de soldagem. O ponto de partida básico é aumentar a corrente de soldagem e, ao mesmo tempo, aumentar a velocidade de soldagem para manter a entrada de calor praticamente inalterada. É utilizada principalmente para soldagem de chapas finas, com uma velocidade de soldagem de 3 a 8 vezes maior que a da soldagem convencional com proteção gasosa de CO₂.

Considerando o atual cenário de pesquisa, desenvolvimento e aplicação na produção, existem as seguintes abordagens para melhorar a eficiência da produção de soldagem:

• Melhorar a velocidade máxima de fusão do arame através de diferentes combinações de gases de proteção para aumentar a taxa de deposição da soldagem.
• Utilize fontes de calor híbridas para melhorar a eficiência da soldagem, como a soldagem híbrida laser-arco, a soldagem híbrida laser-arco de plasma, etc.
• Adote a alimentação com múltiplos arames ou a alimentação com arame quente para melhorar a eficiência da produção de soldagem, como soldagem a gás com proteção de dois arames (ou múltiplos arames), soldagem a arco submerso com múltiplos arames, soldagem a gás com proteção de arame quente, etc.
• Utilize as propriedades químicas exclusivas dos elementos ativos para aumentar a capacidade de penetração do arco, reduzir a dimensão da seção transversal da solda e melhorar a eficiência da soldagem, como na soldagem A-TIG, no processo A-Laser, etc.
• Reduzir o tamanho do chanfro diminui a área da seção transversal da solda e, consequentemente, a quantidade de metal depositado, como ocorre na soldagem com folga estreita.
• Adotar formas de onda de saída especiais das fontes de energia de soldagem para aumentar a velocidade de soldagem.

Atualmente, a definição internacional desoldagem MAG (metal ativo com gás) de alta eficiência(ver DVS-No.0909-1): para um arame com diâmetro de 1,2 mm, a soldagem MAG com velocidade de alimentação do arame superior a 15 m/min ou taxa de deposição superior a 8 kg/h é denominada soldagem MAG de alta eficiência. A eficiência de deposição de algumas soldagens MAG de alta eficiência pode atingir 20 kg/h.

(2) Materiais de soldagem MAG de alta eficiência

Atualmente, dentre os meios para melhorar a eficiência de deposição na soldagem MAG, o mais utilizado é a substituição de arames maciços por arames tubulares. O uso de arames tubulares com pó de ferro pode aumentar a eficiência de deposição em mais de 50% em comparação com arames maciços. Além disso, o ajuste da composição do gás de proteção pode melhorar significativamente a eficiência de deposição do arame.

• Fios sólidos são adequados para diâmetros de 1,0 a 1,2 mm. Fios muito finos são difíceis de adaptar à alimentação de alta velocidade devido à rigidez insuficiente; enquanto fios com diâmetro superior a 1,2 mm não produzem facilmente uma transferência de arco rotativo estável, mesmo sob alta corrente.
• Os arames tubulares podem ter diâmetros de 1,2 a 1,6 mm. Tanto os arames tubulares com núcleo metálico quanto os com núcleo tubular formador de escória permitem soldagem MAG de alta eficiência com parâmetros de soldagem amplos. Em especial, para os arames tubulares com núcleo metálico, devido à alta taxa de preenchimento com pó metálico (até 45%), ao utilizar um arame tubular com núcleo metálico de 1,6 mm de diâmetro com parâmetros de soldagem de 380 A de corrente e 38 V de tensão, a taxa de fusão do arame pode atingir 9,6 kg/h.

A transferência de gotículas em arames tubulares metálicos é semelhante à de arames maciços. Arame tubulares podem ser soldados por meio de transferência por aspersão convencional e transferência por curto-circuito de alta velocidade, mas não podem ser soldados por arco rotativo. A velocidade máxima de alimentação de arame tubular de rutilo pode atingir 30 m/min, e o limite superior da velocidade de alimentação de arame tubular comum é de cerca de 45 m/min, com uma taxa de fusão de arame de até 20 kg/h.

(3) Tipos de transferência de gotículas na soldagem MAG de alta eficiência

Na soldagem MAG convencional, à medida que a corrente de soldagem aumenta, a forma de transferência das gotas muda de transferência por curto-circuito para transferência globular e, finalmente, para transferência por spray. Considerando a garantia de uma boa formação da solda, a corrente limite para a transferência por spray de gotas é de aproximadamente 400 A.

Na soldagem MAG de alta taxa de deposição, ao utilizar de forma abrangente as propriedades físicas de gases de proteção multicomponentes e aumentar adequadamente o comprimento do arame, a velocidade de fusão do arame pode ser significativamente aumentada na faixa de alta corrente e alta tensão da soldagem MAG não convencional. Ao mesmo tempo, a morfologia da transferência de gotas também sofre alterações essenciais. Suas formas básicas são: transferência por spray comum, transferência por curto-circuito de alta velocidade, transferência por spray rotativo e transferência por spray de alta velocidade.

• Arco de transferência de pulverização comumNo campo desoldagem de alta velocidadeA velocidade de alimentação do arame no arco de transferência por pulverização está na faixa de 15 a 20 m/min.
• Arco de transferência de curto-circuito de alta velocidadeA transferência de arco por curto-circuito em alta velocidade é obtida reduzindo-se a tensão de soldagem e aumentando-se a extensão a seco dentro da faixa de velocidade de alimentação do arame de 15 a 20 m/min. Devido ao aumento da extensão a seco para 40 mm, a ponta do arame amolece e começa a girar, com um deslocamento de 1 a 2 mm em relação ao eixo do arame. A rotação da ponta do arame produz transferências periódicas de curto-circuito em ambos os lados da solda.
• Arco de transferência de pulverização rotativoO arco rotativo é gerado quando a extremidade do arame é amolecida por uma alta corrente e defletida pela força do arco. Para arames com diâmetro de 1 a 2 mm, a velocidade de alimentação do arame deve atingir 25 m/min ou mais, e a corrente mínima equivalente para soldagem é de aproximadamente 450 A. O desvio total da extremidade livre do arame em relação ao seu eixo é de alguns milímetros, o que pode ser observado a olho nu durante a soldagem.
• Arco de transferência de pulverização de alta velocidadeCaracteriza-se pela transferência axial de gotículas, com uma velocidade de alimentação do fio superior a 20 m/min, e o tamanho das gotículas é aproximadamente igual ao diâmetro do fio. Comparado com a transferência de gotículas uma a uma no arco, este processo apresenta o melhor resultado. O processo de separação das gotículas se repete da mesma forma, e um feixe de plasma estreito, concentrado e intenso é a característica do arco de transferência por pulverização de alta velocidade. Quando a extremidade do fio amolecida desce, o comprimento do arco diminui e a coluna do arco de plasma se alarga, formando-se então uma ponte líquida entre a gotícula fundida e a extremidade do fio. A ponte líquida é continuamente comprimida sob a ação da força de contração eletromagnética, alargando o arco. Quando a ponte entre a extremidade do fio e a gotícula se torna suficientemente pequena, o plasma se forma ao redor da ponte. No momento em que a ponte se rompe, o arco de transferência por pulverização de alta velocidade reacende, reformando um jato de plasma estreito e concentrado. Em soldagem por arco de transferência de alta velocidade, devido ao formato de penetração profundo, porém estreito, a raiz da solda não pode ser completamente preenchida com metal fundido.