Soldadura
Gás de purga na soldadura: tempo de purga da raiz
Em resumo
A purga protege o lado da raiz de uma soldadura. O volume entre tampões é V = π/4 × Di² × L e o tempo de pré-purga t = n × V / Q. Um modelo de mistura perfeita, C(t) = C0 · e^(−Q·t / V), dá também o tempo até um limite de oxigénio. O gás de pré-purga é o caudal vezes o tempo mínimo de pré-purga.
Cálculo
Exemplo calculado com os valores por defeito da ferramenta.
Dados
- Volume
- Tubo entre dois tampões
- Tubo
- DN50 · 60,3 × 2,9 mm
- Comprimento purgado entre tampões
- 300 mm
- Material
- Inox austenítico 316L
- Gás de purga
- Árgon
- Renovações do volume
- 5
- Caudal de pré-purga
- 15 L/min
- Tempo de soldadura com purga
- 10 min
- Limite a atingir no respiro
- Conforme o material
Resultado
- Tempo mínimo de pré-purga
- 21 slimite de 100 ppm com mistura perfeita
Exemplo calculado
Todos os valores desta secção pertencem ao exemplo, calculado com os valores por defeito da ferramenta.
Outros resultados do exemplo
- Tempo de pré-purga
- 14 s5 renovações
- Tempo até ao limite
- 21 s100 ppm, mistura perfeita
- Renovações para o limite
- 7,6
- Volume purgado
- 0,70 L
- Gás de pré-purga
- 5,4 L
- Gás durante a soldadura
- 50 L5 L/min (fabricante)
- Consumo total de gás
- 55 L
- Diâmetro interior
- 54,5 mm
- Oxigénio residual pretendido
- 100ppm máximo: 100 (BOC), 50 na Huntingdon, 20 em serviço severo; a EPS prevalece
- Valores indicativos da prática dos fabricantes: não substituem a EPS qualificada nem uma medição de oxigénio.
- Só um analisador de oxigénio dentro da zona purgada confirma a purga; o tempo, por si só, não chega.
- Preveja um respiro de saída e, durante a soldadura, um caudal quase impercetível à saída (Huntingdon): caudal a mais faz subir a pressão no tubo.
- Grandes volumes de gás de purga: risco de asfixia à volta do posto, verifique a ventilação (BOC).
- Mistura perfeita (pior caso): 1415 ppm de O2 após 5 renovações, acima de 100 ppm. Na prática, o deslocamento de baixo para cima faz melhor: verifique com um analisador.
- O limite de 100 ppm exige 7,6 renovações em mistura perfeita: pré-purga aumentada para 21 s.
Cálculo detalhado
Diâmetro interior
Di = OD − 2e
60,3 − 2 × 2,90 = 54,5 mm
Volume purgado
V = π/4 × Di² × L
π/4 × 54,5² × 300 = 699849 mm³ = 0,700 L
Gás de pré-purga
Vg = Q × t chambrage
15,0 L/min × 21 s / 60 = 5,35 L
Tempo de pré-purga
t = n × V / Q
3,50 / 15,0 = 0,23 min = 14 s
Oxigénio, mistura perfeita (pior caso)
C = 210 000 ppm × e^(−n)
210 000 × e^(−5,0) = 1415 ppm
Renovações para 100 ppm (mistura perfeita)
n = ln(210 000 / 100)
7,6
Oxigénio no respiro
C(t) = C0 · e^(−Q·t / V)
C0 = 210 000 ppm ; Q = 15,0 L/min ; V = 0,700 L
Tempo para 100 ppm
t = V / Q × ln(C0 / C)
0,700 / 15,0 × ln(210 000 / 100) = 0,36 min = 21 s
Pré-purga mínima
max(t renouvellements ; t seuil)
max(14 ; 21) = 21 s
Como utilizar
- Escolha o tubo (diâmetro exterior e espessura) e o comprimento purgado entre tampões, ou introduza um volume conhecido.
- Escolha o material e o gás de purga: árgon ou azoto.
- Introduza o número de renovações do volume, o caudal de pré-purga e o tempo de soldadura com purga.
- Escolha o limite de oxigénio a atingir no respiro, ou introduza o valor da EPS em ppm.
- Leia o tempo mínimo de pré-purga.
Perguntas frequentes
Como se calcula o tempo de purga com árgon de um tubo?
Exemplo: um tubo 60,3 × 2,9 mm, logo Di = 54,5 mm, em 300 mm entre tampões: V = π/4 × 54,5² × 300 = 0,700 L. Com 5 renovações do volume a 15 L/min, t = n × V / Q = 3,50 / 15,0 = 0,23 min, ou seja 14 s. Para chegar a 100 ppm de oxigénio com mistura perfeita, t = V / Q × ln(C0 / C) = 21 s, logo o tempo mínimo de pré-purga é 21 s.
Como se faz a purga na soldadura de tubo?
Feche o tubo dos dois lados da junta (tampões, balões ou filme solúvel), deixe um respiro de saída e substitua o ar pelo gás de purga antes de soldar. A prática de fabricante usada é de cerca de 5 renovações do volume a 15 a 20 L/min, e depois cerca de 5 L/min durante a soldadura, quase impercetível na saída.
Que gás de purga para soldadura TIG em inox?
O árgon serve para todos os materiais. O azoto sem oxigénio é admitido pela BOC em austeníticos e duplex, mas estabiliza a austenite e pode dar uma microestrutura inaceitável: o cálculo reserva-o a trabalhos não críticos em austenítico (excluído na ASME BPE). Em duplex as fontes não concordam: siga a EPS, senão árgon.
Que teor de oxigénio deve a purga atingir?
Em inox, 100 ppm (0,01 %) é considerado satisfatório pela BOC, 50 ppm na Huntingdon, 20 ppm em serviço severo. Em aço carbono, a purga normalmente não é precisa; quando é exigida, 1 % de O2 é muitas vezes considerado aceitável. A EPS prevalece, e só um analisador de oxigénio confirma a purga.
Quantas renovações do volume para purgar duplex?
A IMOA recomenda árgon puro introduzido por baixo e pelo menos 7 renovações do volume; o cálculo avisa abaixo disso. Com mistura perfeita, 5 renovações ainda deixam 1415 ppm de oxigénio: a purga por deslocamento faz melhor na prática, mas confirme com um analisador.
Limites
Resultados indicativos, tirados da prática de fabricantes (Huntingdon, BOC) e da IMOA: não substituem a EPS qualificada nem uma medição de oxigénio. O modelo de mistura perfeita é o caso mais desfavorável; só um analisador dentro da zona purgada confirma a purga. Um caudal acima de 20 L/min cria turbulência que alonga a purga. Grandes volumes de gás de purga: risco de asfixia, confirme a ventilação.
Fontes
- Huntingdon Fusion Techniques : pré-purge (≈ 5 renouvellements, 15–20 L/min, 5 L/min en soudage) : Shielding Gas and Purging Techniques during Welding, Part 2
- Huntingdon Fusion Techniques : oxygène résiduel inox < 50 ppm : Welding Stainless Steel
- BOC / Linde : gaz de purge, teneurs en O2 admises, azote : The right gas working for you, Purging or root backing
- Orbital Welding Guide : azote, travaux non critiques: Argon Purge Welding Guide
- Dilution : équation de purge d’un volume (mélange parfait) : Basic room purge equation, t = V/Q · ln(C0/C)
- IMOA : envers à l’argon, par le bas, au moins 7 fois le volume : Practical Guidelines for the Fabrication of Duplex Stainless Steels, § 12.3.1
- Géométrie : Volume d’un cylindre