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SOLDAGEM TIG
PROCESSO TIG
Prof. Valtair Antonio Ferraresi & Amrico Scotti
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Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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DescrioA soldagem com eletrodo no consumvel de tungstnio e proteo gasosa (GAS TUNGSTEN ARC WELDING GTAW (EUA) ou TUNGSTEN IONERT GAS TIG (EUROPA) ) um processo no qual a unio de peas metlicas produzida pelo aquecimento e fuso desta atravs de um arco eltrico estabelecido entre a pea e o eletrodo, no consumvel, de tungstnio. A proteo gasosa serve para estabilizar o arco eltrico e proteger o eletrodo e a poa de fuso.A adio de metal de enchimento pode ser ou no feita.
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SOLDAGEM TIGCaracterstica do Processo: A proteo do eletrodo e da poa de fuso contra a oxidao do ar feita por um gs inerte, geralmente argnio, hlio ou uma mistura destes;
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SOLDAGEM TIGVantagens Este processo possui excelente controle do calor cedido pea, devido ao controle independente da fonte de calor e da adio de metal; Possibilita a soldagem sem adio de metal (chapas finas); a
No existem reao metal-gs e metal-escria, sem grande gerao de fumos, o que permite tima visibilidade para o soldador;
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Possui um arco eltrico suave, produzindo soldas com boa aparncia e acabamento, exigindo pouco ou nenhuma limpeza aps a operao;- Permite um controle preciso das variveis de soldagem;
- A operao do processo pode ser manual ou mecanizada/automatizada.
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SOLDAGEM TIGLIMITAES A taxa de deposio e fuso (menor produo) menor que em processo com eletrodo consumvel (para uma dada corrente); menos econmico para espessuras maiores que 10 mm;
Exige mais destreza do soldador para soldagem manual; Dificuldade em manter a proteo gasosa em trabalhos de campo.
Aplicaes
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aplicado maioria dos metais e suas ligas, numa ampla faixa de espessura (incluindo soldas dissimilares); mas devido a sua baixa relao produtividade/custo usado principalmente na soldagem de metais no ferrosos e aos inoxidveis, na soldagem de peas de pequena espessura (da ordem de mm) e no passe de raiz na soldagem de tubulaes.6Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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EQUIPAMENTO BSICOEquipamentos:
Fonte de energia (CA ou CC), cabos, tocha, eletrodo de tungstnio, fonte de gs de proteo com regulador de vazo, ferramentas e material de proteo.
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EQUIPAMENTO BSICO
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Fontes de energia
5 700A Welding Range 500A @ 40V, 100% Duty Cycle
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Amperage Range = 5-300 amps Duty Cycle = 40% @ 250A/30V9Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Fontes de energiaA faixa de regulagem (dependendo da capacidade da fonte) de ~ 20 A a 400 A.
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Fontes de energiaAs fontes de energia podem apresentar diversas variaes em termos do projeto, capacidade e caractersticas operacionais. Caracterstica esttica da fonte - Fonte de Corrente ConstanteTenso (V) Tenso (V)
CEF
a a0 a
a a0 a
CEF
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I1
I2
Corrente (A)
I0 I I
Corrente (A)
(a)
(b)
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VARIVEIS DO PROCESSO TIGVARIVEIS DO PROCESSO Comprimento de arco (tenso);
Corrente;Velocidade de soldagem;
gs de proteo;tipo, dimetro e ngulo da ponta do eletrodo; alimentao do material de adio.
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CORRENTE DE SOLDAGEMFontes de energia com controle eletrnico podem fornecer corrente contnua, alternada, alternada com onda retangular e pulsada.
+Corrente ou tenso
+Corrente ou tenso
Tempo
Tempo
_
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(a)
_
(b)
+Corrente ou tenso
+Corrente ou tenso
Tempo
Tempo
_ (c)
_ (d)13Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Corrente de soldagem
Balano energtico.
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a) O calor gerado no nodo e no ctodo aproximadamente o mesmo, para um mesmo modo de emisso b) Se o eletrodo negativo: a emisso terminica, no eletrodo, que gera menos calor para emitir do que a emisso por campo c) Se o eletrodo positivo: a emisso, pela chapa, por campo14Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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CORRENTE CONTNUA CCCtodo (-)
Eletrodo
Fonte
on eltron
Metal de base
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nodo (+)
Fluxo de eltrons do eletrodo para o metal de base - fenmeno denominado Emisso Terminica, que demanda pouca energia (baixa tenso, para uma dada corrente) e, conseqentemente, aquece pouco o eletrodo. Esse tipo de corrente e polaridade se aplica para a soldagem de aos ao carbono, de baixa liga e de aos inoxidveis.
A Emisso Terminica (Tambm denominada de Emisso por Ctodos Quentes) acontece a altas temperaturas em alguns materiais de alto ponto de fuso e refratrios, que passam a emitir espontaneamente eltrons. 15Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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CORRENTE CONTNUA CC+Em CC + o arco eltrico menos estvel que com a corrente CC e normalmente utilizado em chapas finas; H um aquecimento excessivo (desgaste) do eletrodo;
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CORRENTE ALTERNADAUtilizada em solda de alumnio, magnsio e suas ligas (devido a capacidade de limpeza catdica).
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Em CA deve ter uma defasagem de 90 para no haver a extino do arco. Mesmo assim, ocorre uma instabilidade do arco Utilizar um sinal de alta tenso e alta freqncia simultnea e continuamente.
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CORRENTE ALTERNADAnodo (+) Eletrodo
Fonte
on eltron
Camada de xido Metal de base
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Ctodo (-)
Teorias - Emisso por Campo, tambm conhecida como Emisso por Ctodo Frio, a de que por sobre a poa se forma uma camada muito fina de xido (1 a 10 mcron), a qual libera eltrons facilmente, tornando-se carregada positivamente. Por alguma razo, eltrons se concentram sob esta camada de xido (de cerca de 1 nm de dimetro), criando um elevado gradiente eltrico (estimado em 109 V/m). Estes eltrons adentram camada de xido, gerando alta temperatura. O calor liberado nesses pontos suficiente para fundir e evaporar localmente a camada de xido nessa regio (limpando o xido).18Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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CORRENTE ALTERNADA ONDA QUADRADACom o advento de novas tecnologia na rea da eletrnica foi possvel a construo de mquinas eletrnicas que geram corrente alternada com onda retangular, eliminando a necessidade da sobreposio de sinal de alta tenso e alta freqncia.
Negativo
Inverso
Positivo
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Maior Penetrao Maior Limpeza
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Corrente PulsadaCorrente
tempo
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CORRENTE PULSADA
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Corrente contnua pulsada, CP usada em baixa freqncia (2 a 10 Hz) para tentar controlar a poa de fuso. O cordo assume um bom aspecto, com estrias finas e regularmente espaadas; Diminui a susceptibilidade formao de trincas de solidificao pela quebra da frente de solidificao a cada ciclo de pulso . A pulsao em alta-freqncia tem por objetivo enrijecer o arco, tornando-se uma importante ferramenta para soldagens com nveis de corrente muito baixos
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TIG PULSADO
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Abertura de arcoNo recomendado acender o arco por contato eletrodo pea (contaminao). Existiam basicamente 2 formas de acendimento:
Alta freqncia
3kV a 5 KHz
Contato programvel
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Abertura de arcoIgnitor de alta freqncia: gera, superposto corrente de soldagem um sinal de alta teno e alta freqncia, com valores em torno de 3KV e 5KHz, que produz a ionizao da coluna de gs entre o eletrodo e a pea, permitindo a abertura do arco com baixas tenses na fonte da soldagem. Apesar de ser de alta tenso, este sinal de baixssima potencia e no oferece perigo para o operador.
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Tcnicas mais modernas
Contato programado25Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Abertura de arcoContato programado - Rampa de corrente apenas usada em fontes eletrnicas e permite a abertura com o toque do eletrodo na pea, mas com uma corrente inicial bem reduzida, insuficiente para permitir sua fuso e transferncia para a pea. Aps a abertura, a corrente no arco elevada at o valor de operao selecionado.
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Tocha
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1 Bocal; 2 porta pina, 3 anl de vedao; 4, 5 e 6 corpo da tocha; 7 pina; 8 capa de eletrodo curta; 9 capa de eletrodo longo; 13 vlvula; 23 anel isolador.
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TochasManuais: eletrodo e cabo em ngulo de 90 a 120;
com interruptor para acionar ignitor, corrente e vazo de gs (ouregistro);
Automticas: retas para montagem em suportes posicionadores (exceto as robticas); Refrigerada a gua ou gs: o cabo de corrente geralmente embutido no conduite de refrigerao (tochas refrigeradas a gua geralmente so mais leves, mas so menos silenciosas).
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TOCHA PARA SOLDAGEM TIG
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Tocha TIG refrigerada pelo gs de proteo
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TOCHA PARA SOLDAGEM TIG
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Tocha TIG refrigerada a gua
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TOCHA PARA SOLDAGEM TIG
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Tocha TIG mecanizada
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Refrigerao da tocha
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Tochas e AcessriosBicos de contato e fixadores de eletrodos: em pares (funo do dimetro do eletrodo); feitos de liga de cobre. Bocais: diferentes formas e tamanhos; funo de direcionar o gs em regime laminar; os mais usados so os cermicos (mais baratos porm quebradios); os de metal refrigerados a gua (para altas correntes, vida longa);
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BocalObjetivo - produzir um fluxo laminar do gs de proteo. Os aspectos mais importantes nos bocais so suas dimenses e perfis. Os bocais devem ser largos o suficiente para prover cobertura da rea de soldagem pelo gs e devem estar de acordo com o volume e a densidade necessria do gs no processo.
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BocalOutro recurso utilizado na melhoria do fluxo so gas lens, que asseguram um fluxo laminar do gs de proteo, atravs de sua estrutura porosa que fixada ao redor do eletrodo. Desta forma, elas permitem ao operador trabalhar com a extremidade da tocha a uma maior distncia da pea, auxiliando na visualizao e facilitando o trabalho em locais de difcil acesso para a tocha, como cantos.
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Dispositivos para proteo gasosa adicional
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Com um trailerSem o trailerValtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Eletrodos Apesar de no serem fundidos para fazer parte do cordo de solda, os eletrodos utilizados na soldagem TIG sofrem desgaste, sendo, por isso, enquadrados como consumveis do processo . Fornecidas com 150 a 175 mm de comprimento de tungstnio puro ou com pequenas adies de xidos de trio (denominado tria), de zircnio (zircnia), de lantnio (lantnia), de crio (cria), ou ainda de outras terras raras.Designao ANSI/AWS A5.12 EWTh-2 Composio (impurezas totais 0,10 %) Aditivo xido ThO2: 1,70 - 2,20 % La2O3: 1,30 - 1,70 % tungstnio Balano Balano 99,95 % Cor de identificao Vermelha Dourada Verde
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EWLa-1.5 EWP
EWLa-1EWZr-1
La2O3: 0,80 - 1,20 %ZrO2: 0,15 - 0,40 %
BalanoBalano
PretaMarrom
EWCe-2EWLa-2 EWTh-1
CeO2: 1,80 - 2,20 %La2O3: 1,80 - 2,20 % ThO2: 0,80 - 1,20 %
BalanoBalano Balano
AlaranjadaAzul Amarela
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EletrodosFaixas de utilizao de eletrodos no processo GTAW.Corrente de soldagem (A) Dimetro do eletrodo (mm) CA CC
W 0,5 1,0 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 6,4 10 40 30 70 70 100 100 150 150 225 200 300 275 400
WTh 15 60 60 100 100 160 140 220 200 275 250 400 300 500
W/WTh (CC+) 10 20 15 30 25 40 40 55 55 90 80 125
W/WTh (CC-) 5 35 30 100 70 150 150 225 200 275 250 350 300 500 400 650
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Identificao: W Eletrodo de tungstnio; : WTh Eletrodo de tungstnio toriado38Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Afiao dos Eletrodos
Afiao do eletrodo - facilita a emisso de eltrons por Efeito Terminico (alm da ponta facilitar o aquecimento por ter menos volume, h o efeito emissivo das pontas) e por garantir um arco estvel.
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Consumveis do processo TIG. Afiao do eletrodo
Afiao incorreta
Afiao correta
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Marcas deixadas pela afiao correta
Marcas deixadas pela afiao incorreta
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Consumveis do processo TIG. Afiao do eletrodoExemplos de afiadores de eletrodongulo da Ponta do Eletrodo
Coletor de p
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Afiao dos EletrodosUma forma de manter a ponta do eletrodo afiada durante a soldagem por meio da seleo correta do tipo de eletrodo em funo do nvel de corrente e polaridade.
Polaridade direta (eletrodo negativo), aplicadas em aos ao carbono e inoxidveis, os eletrodos dopados com tria, lantnia ou cria so recomendados justamente pela capacidade de manter a ponta afiada em ngulo.
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Baixo nvel CC
Alto nvel CC
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Uso dos Eletrodos em funo da correnteCorrente alternada, aplicadas em alumnio e ligas similares, maior aquecimento da ponta do eletrodo. - Eletrodo de tungstnio puro, a ponta do eletrodo se funde, ficando com uma forma abaulada. Apesar da perda de afiao utilizado em soldagem a plasma. - xido de zircnio (zircnia), componente que, tambm por facilitar a emisso terminica, reduz a temperatura de trabalho do eletrodo, mas sem conseguir evitar a fuso da ponta.
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Preparado para CA
Operando em CA
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Eletrodos-Deve-se tomar cuidado ao se utilizar eletrodos torinados, lantanados ou cerinados em soldagem CA, pois podem ter suas pontas danificadas. Mas ao invs da fuso e do conseqente abaulamento da ponta, ocorrem exploses peridicas da ponta do eletrodo, tornando o arco instvel e lanando pedaos do eletrodo que podem contaminar o cordo.
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W puro CA (180 A)
W com 2 % de ThO2 CA (180 A)
W com 1,5 % de La2O3 CA (215 A)
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Gases Gases de proteo so inertes; Ar e He so os mais comuns; Em alguns casos so usados misturas especiais como as que contm hidrognio, que podem ser usadas na soldagem de aos inoxidveis para dar brilho ao cordo de solda; e as que contm nitrognio, opcionais na soldagem de cobre e suas ligas.
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Comparao entre os gases He e Ar: Melhor estabilidade do arco com Ar que com He Menor consumo de Ar, j que este mais denso que o He Menores tenses de arco com Ar que com He Menor custo do Ar Maior penetrao da soldagem com He que com Ar Maior facilidade na abertura do arco com Ar Melhor efeito de limpeza dos xidos na soldagem com corrente alternada com Ar Possibilidade de uso de maiores velocidades com He Misturas 80% Ar - 20% He renem boas caractersticas de soldagem
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Alimentao de aramesSistema de alimentao de arame A alimentao do metal de adio feita de forma independente:
Manual (varetas)
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Varetas
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Alimentao de arames Mecanizado (em rolos, utilizando sistema convencional de alimentao). um
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Arames embobinados
Os alimentadores de arame devem possibilitar uma alimentao constante, em baixas velocidades (de 0 a 7 m/min) e com regulagem (resoluo) de pelo menos 0,05 m/min, caractersticas normalmente no obtidas com alimentadores para MIG/MAG.48Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Alimentao de aramesSe contnua necessita de guias;
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Alimentao de aramesO uso de caneta alimentadora permite ao soldador, atravs de um reostato no prprio corpo da caneta, regular a velocidade com que o arame alimentado.
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Caneta alimentadora
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Tcnicas de soldagemTcnica para a soldagem GTAW manual com metal de adio: (a) Desenvolvimento da poa de fuso, (b) recuo da tocha,
(c) adio de material,
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(d) afastamento da vareta e (e) avano da tocha conduzindo a poa de fuso.
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Sistemas de deslocamento:
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Linear; Mesa com tecimento;
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Rotacional52Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti
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Tcnicas de soldagemOrbital:
Os cabeotes orbitais so utilizados na mecanizao da soldagem de tubos e dutos em uma variedade de espessuras, em situaes em que a qualidade da solda deve estar em conjunto com a produtividade.
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Tcnicas de soldagemOrbital Cmera fechada:
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Orbital Frontal:
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Tcnicas especiaisArame quenteNo processo de arame quente h um preaquecimento por resistncia eltrica. O arame aquecido por uma fonte que opera em CA e fonte com caracterstica esttica de tenso constante. A CA minimiza o efeito do sopro magntico.
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Tcnicas especiaisSoldagem por Pontos
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Soldagem de filete
Soldagem de aresta
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FIMPROCESSO TIG58Valtair A. Ferraresi & Americo Scotti