Embora a tecnologia de soldagem orbital não seja nova, ela continua a evoluir, tornando-se mais poderosa e versátil, especialmente quando se trata de soldagem de tubos. Uma entrevista com Tom Hammer, um soldador experiente da Axenics em Middleton, Massachusetts, revela as diversas maneiras pelas quais essa técnica pode ser usada para solucionar problemas complexos de soldagem. Imagem cedida pela Axenics.
A soldagem orbital existe há cerca de 60 anos, adicionando automação ao processo GMAW. Este é um método confiável e prático para realizar múltiplas soldas, embora alguns fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e fabricantes em geral ainda não tenham utilizado o poder das máquinas de solda orbital, recorrendo à soldagem manual ou outras estratégias para unir tubos metálicos.
Os princípios da soldagem orbital existem há décadas, mas os recursos das novas máquinas de solda orbital as tornam uma ferramenta ainda mais poderosa para o soldador, já que muitas agora possuem funcionalidades "inteligentes" que facilitam a programação e o processamento antes da soldagem propriamente dita. Comece com ajustes rápidos e precisos para garantir soldas consistentes, puras e confiáveis.
A equipe de soldadores da Axenics em Middleton, Massachusetts, é uma fabricante de componentes sob contrato que orienta muitos de seus clientes em práticas de soldagem orbital, desde que os elementos adequados estejam disponíveis para o trabalho.
“Sempre que possível, procuramos eliminar o fator humano na soldagem, já que as máquinas de solda orbital geralmente produzem soldas de maior qualidade”, afirma Tom Hammer, um soldador qualificado da Axenics.
Embora a soldagem mais antiga tenha sido realizada há 2000 anos, a soldagem moderna é um processo extremamente avançado, essencial para outras tecnologias e processos modernos. Por exemplo, a soldagem orbital pode ser usada para criar os sistemas de tubulação de alta pureza utilizados na produção de wafers semicondutores, componentes fundamentais de praticamente todos os eletrônicos atuais.
Um dos clientes da Axenics faz parte dessa cadeia de suprimentos. Ele procurou um fabricante terceirizado para ajudar a expandir sua capacidade de produção, especificamente criando e instalando canais limpos de aço inoxidável que permitem a passagem de gases durante o processo de fabricação de wafers.
Embora a Axenics ofereça unidades de soldagem orbital e mesas rotativas com grampos para tochas para a maioria dos trabalhos com tubos, isso não impede a soldagem manual ocasional.
Hammer e a equipe de soldagem analisaram os requisitos do cliente e fizeram perguntas, levando em consideração fatores como custo e tempo:
As máquinas de solda orbital rotativa fechada utilizadas pela Hammer são os modelos Swagelok M200 e Arc Machines 207A. Elas podem trabalhar com tubos de 1/16 a 4 polegadas.
“Os microcabeçotes nos permitem acessar locais muito apertados”, disse ele. “Uma limitação da soldagem orbital é ter um cabeçote adequado para uma junta específica. Mas hoje em dia, também é possível envolver o tubo com uma corrente. O soldador pode passar por cima da corrente e, basicamente, não há limite para o tamanho das soldas que podem ser feitas. Já vi algumas configurações que soldam tubos de 20 polegadas. É impressionante o que essas máquinas conseguem fazer hoje em dia.”
Considerando os requisitos de pureza, o número de soldas necessárias e a espessura reduzida da parede, a soldagem orbital é uma escolha inteligente para esse tipo de projeto. Para trabalhos em tubulações de controle de fluxo de ar, a Hammer frequentemente solda aço inoxidável 316L.
“É aí que a coisa fica realmente delicada. Estamos falando de soldar metal extremamente fino. Com a soldagem manual, o menor ajuste pode romper a solda. É por isso que gostamos de usar uma cabeça de solda orbital, onde podemos ajustar cada parte do tubo e deixá-la perfeita antes de colocar a peça. Reduzimos a potência para um nível específico para sabermos que, quando colocarmos a peça lá dentro, ela estará perfeita. À mão, o ajuste é feito a olho nu e, se pedalarmos demais, a solda pode penetrar diretamente no material.”
O trabalho consiste em centenas de soldas que devem ser idênticas. A soldadora orbital usada para este trabalho faz uma solda em três minutos; quando Hammer está trabalhando em velocidade máxima, ele consegue soldar manualmente o mesmo tubo de aço inoxidável em cerca de um minuto.
“No entanto, a máquina não está diminuindo a velocidade. Você a coloca em velocidade máxima logo de manhã e, no final do dia, ela ainda está funcionando em velocidade máxima”, disse Hammer. “Eu a coloco em velocidade máxima logo de manhã, mas, no final, não é esse o caso.”
Impedir a entrada de contaminantes em tubos de aço inoxidável é crucial, e é por isso que a soldagem de alta pureza na indústria de semicondutores é frequentemente realizada em uma sala limpa, um ambiente controlado que impede a entrada de contaminantes na área soldada.
Hammer usa o mesmo tungstênio pré-afiado em seus maçaricos manuais que usa no Orbiter. Embora o argônio puro forneça purga externa e interna na soldagem manual e orbital, a soldagem por máquinas orbitais também se beneficia de ser realizada em um espaço fechado. Quando o tungstênio sai, o invólucro se enche de gás e protege a solda da oxidação. Ao usar um maçarico manual, o gás é soprado apenas para um lado do tubo que está sendo soldado.
As soldas orbitais geralmente são mais limpas porque o gás cobre o tubo por mais tempo. Uma vez iniciada a soldagem, o argônio fornece proteção até que o soldador tenha certeza de que a solda está suficientemente fria.
A Axenics trabalha com diversos clientes do setor de energias alternativas que fabricam as células de combustível de hidrogênio que alimentam uma variedade de veículos. Por exemplo, algumas empilhadeiras projetadas para uso interno dependem de células de combustível de hidrogênio para evitar que subprodutos químicos contaminem os estoques de alimentos. O único subproduto de uma célula de combustível de hidrogênio é a água.
Um dos clientes tinha muitos dos mesmos requisitos de um fabricante de semicondutores, como pureza e consistência da solda. Ele queria usar aço inoxidável 321 para soldagem de paredes finas. No entanto, o trabalho consistia na prototipagem de um coletor com múltiplos bancos de válvulas, cada um projetando-se em uma direção diferente, deixando pouco espaço para soldagem.
Uma máquina de solda orbital adequada para o trabalho custa cerca de US$ 2.000 e pode ser usada para fabricar um pequeno número de peças, com um custo estimado de US$ 250. Financeiramente, não faz sentido. No entanto, a Hammer tem uma solução que combina técnicas de soldagem manual e orbital.
“Nesse caso, eu usaria uma mesa rotativa”, diz Hammer. “Na verdade, é a mesma ação de uma soldadora orbital, mas você está girando o tubo, e não o eletrodo de tungstênio ao redor dele. Eu uso meu maçarico manual, mas consigo prendê-lo com uma morsa, posicionando-o de forma que fique livre para que a solda não seja danificada por trepidação ou vibração das mãos. Isso elimina grande parte do fator erro humano. Não é tão perfeito quanto a soldagem orbital, porque não é feita em um ambiente fechado, mas esse tipo de soldagem pode ser feito em uma sala limpa para eliminar contaminantes.”
Embora a tecnologia de soldagem orbital ofereça pureza e repetibilidade, Hammer e seus colegas soldadores sabem que a integridade da solda é fundamental para evitar paralisações devido a falhas na soldagem. A empresa utiliza ensaios não destrutivos (END) e, às vezes, ensaios destrutivos em todas as soldas orbitais.
“Todas as soldas que fazemos são verificadas visualmente”, diz Hammer. “Em seguida, as soldas são testadas com um espectrômetro de hélio. Dependendo da especificação ou das exigências do cliente, algumas soldas são testadas radiograficamente. Testes destrutivos também são uma opção.”
Os testes destrutivos podem incluir o teste de resistência à tração para determinar a resistência máxima à tração da solda. Para medir a tensão máxima que uma solda em um material como o aço inoxidável 316L pode suportar antes de romper, o teste estica o metal repetidamente até o seu ponto de ruptura.
As soldas realizadas por clientes de energia alternativa são, por vezes, submetidas a testes ultrassônicos não destrutivos em componentes soldados de células de combustível de hidrogênio com trocador de calor de três canais, utilizadas em máquinas e veículos de energia alternativa.
“Este é um teste crucial porque a maioria dos componentes que enviamos transporta gases potencialmente perigosos. É muito importante para nós e para os nossos clientes que o aço inoxidável seja impecável, sem nenhum ponto de vazamento”, afirma Hammer.
A Tube & Pipe Journal tornou-se a primeira revista dedicada ao setor de tubos metálicos em 1990. Hoje, continua sendo a única publicação na América do Norte dedicada ao setor e se consolidou como a fonte de informação mais confiável para profissionais da área.
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