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Processo de Soldagem Com Eletrodo Revestido SMAW (Shielded Metal Arc. Welding) Introdução Fabricação do Aço e Ferro Fundido Os processos de soldagem em si são considerados um processo metalúrgico em dimensões pequenas, onde se promove a união de metais através de fusão podendo ou não alterar as propriedades metalúrgicas dos metais. Os metais utilizados na soldagem são chamados de metal de base ou metal de trabalho e pode-se trabalhar com diversos tipos de metais dentre os quais se destacam o aço carbono, aços – ligas, ferro fundido, alumínio e suas ligas, magnésio e suas ligas, cobre – níquel, etc. Dentre os metais soldados nos processos de soldagem industrial o aço-carbono e o aço-liga são os mais utilizados nas indústrias de montagem, caldeiraria, petrolífera, navais, etc. Vamos aqui conhecer um pouco da produção do metal mais soldado nos setores industrial; o aço. O aço é uma liga de ferro e carbono que tem que ser processado para se chegar ao metal onde podemos trabalhar com conformação, soldagem, usinagem, etc. O aço não é encontrado na natureza. Ele é derivado da combinação de ferro, carbono e outros elementos tais como calcário, manganês, silício, enxofre e fósforo onde estes dois últimos são adicionados em pequeníssimas quantidades que hoje em dia não se chega a 0,05% na composição. A matéria prima base para formação do aço é o minério de ferro e o carbono. O minério de ferro é encontrado na natureza no estado óxido, ou seja, oxidado. Neste estado o ferro não tem serventia nenhuma. Ao adicionar uma determinada quantidade de carbono ao ferro poderemos obter tanto aço, quanto ferro fundido. Os aços possuem em sua composição uma quantidade de carbono entre 0,008 a 2,11% e o ferro fundido possui uma quantidade de carbono bem superior ao do aço podendo variar entre 2,11% e 6,67%. O ferro bruto, precisa passar por um processo de redução (limpeza) de impurezas e em seguida ele deve passar por um processo de sinterização ou pelotização para então ser processado juntamente com o carbono, denominado coque, para produzir o ferro-gusa. O ferro bruto é encontrado na natureza em forma de rocha e precisa ser processado ( Sinterização e pelotização). Na sinterização, a preparação do minério de ferro é feita cuidando-se da granulometria, visto que os grãos mais finos são indesejáveis, pois diminuem a permeabilidade (passagem) do ar na combustão, comprometendo a queima. Para solucionar o problema, adicionam-se materiais fundentes (calcário, areia de sílica ou o próprio coque) aos grãos mais finos. Com a composição correta, estes elementos são levados ao forno onde a mistura é fundida. Em seguida, o material resultante é resfriado e britado até atingir a granulometria desejada (diâmetro médio de 5mm). A pelotização é um processo de aglomeração de partículas ultrafinas de minério de ferro, através de um tratamento térmico. Esta fração ultrafina (abaixo de 0,15 mm) . A pelotização tem como produto aglomerados esféricos de tamanhos na faixa de 8 a 18 mm, com características apropriadas para alimentação das unidades de redução, tais como altos-fornos. Depois que o ferro bruto passa pelo processo de sinterização ou pelotização, ele é levado ao auto forno onde será fundido juntamente com o coque (carbono) para a formação do ferro gusa. O ferro-gusa é uma liga de ferro carbono com elevada taxa de carbono em sua composição. Esta taxa de carbono varia entre 4,5% e 6,67%. Após a produção do ferro gusa, este é levado para a aciaria, onde o gusa fundido, juntamente com outros elementos tais como manganês, silício, calcário, e ainda pequeníssimas quantidades de enxofre e fósforo, sofrerá uma redução do carbono resultando na fabricação dos diversos tipos de aço carbono para atender as diversas áreas industriais do país. 1 http://pt.wikipedia.org/wiki/Alto-forno http://pt.wikipedia.org/wiki/Min%C3%A9rio_de_ferro O aço fabricado nas aciarias é despejado em moldes chamados de lingoteiras onde assumem a forma de lingotes que serão levados ao processo de conformação onde assumem diversas formas, tais como barras, chapas, vergalhões, arame, etc. Existem diversas formas de se conformar o aço dentre as quais as principais são: laminação, trefilação e extrusão. Módulo I – Generalidades, Processos de Soldagem e EPI’s Generalidades: Diferença Entre Soldagem e Colagem Soldagem (Welding): há interação metalúrgica. Colagem: não há interação metalúrgica. Conceitos Básicos da Soldagem A soldagem em si é um procedimento muito complexo e de grande responsabilidade. Iremos aqui, enfocar termos que são de suma importância para o bom desenvolvimento desta unidade. Em soldagem, no que se refere à terminologia, é difícil a desvinculação dos termos técnicos da língua inglesa. Estes, sempre que possível, serão mencionados entre parênteses para permitir um perfeito entendimento da matéria. Soldar (Weld): é unir dois metais ou ligas metálicas com ou sem fusão dos mesmos, com ou sem elemento de adição, podendo ou não existir pressão, sob ação geralmente de calor, de modo que não haja descontinuidade física ou metalúrgica. Soldagem (Welding): é a operação de soldar. Solda ou Soldadura (Weld): é o resultado da operação de soldar. Cordão de solda (“Weld beat”): Deposito de solda resultante de um passe. Soldador (“Welder”): É o profissional qualificado a executar uma soldagem que pode ser manual o semi-automática, em sua realização podemos executar vários tipos de soldagem e soldas. Metal de Base (Base Metal): são os metais a serem unidos nos processos de soldagem. Metal de Adição (Filler Metal): é o metal a ser adicionado à junta durante a soldagem. Poça de Fusão: É o metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido. Soldabilidade (“Weldability”): É a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formarem uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais. Soldagem Autógena (“Autogenous Welding”): é aquela em que o cordão de solda se apresenta com as características mais próximas dos metais de base que por sua vez, têm que ser iguais. Este processo geralmente é executado com fusão de materiais sem a participação de metal de adição. 2 Consumível de Soldagem: são todos os materiais empregados na decomposição ou proteção da solda. Fluxo “(Flux”): Material fusível usado para evitar, dissolver ou facilitar a remoção de óxidos e outras substâncias superficiais indesejáveis à poça de fusão. Gás de Proteção (“Shielding Gás”): Gás utilizado para prevenir contaminação pela atmosfera ambiente. Gás Inerte (“Inert Gás”): Gás que não combina quimicamente com o metal de base ou metal de adição em fusão. Vareta de Solda (“Welding Rod”):Tipo de metal de adição utilizado para soldagem ou brasagem, normalmente em comprimento retilíneo, o qual não conduz corrente elétrica durante o processo. Goivagem (“Gouging”): Operação pela qual se forma um bisel ou um chanfro através de remoção de material. Goivagem a Arco (“Arc gouging”): Operação pela qual se forma um bisel ou um chanfro através de remoção de material por arco elétrico. Goivagem na Raiz (“Back Gouging”): Remoção do metal de solda e do metal de base pelo lado oposto de uma junta parcialmente soldada para facilitar a fusão e a penetração na soldagem subseqüente naquele lado. Processos de Soldagem a Arco Elétrico Soldagem a Arco Elétrico (“Arc Welding”): Operação referente a grupo de processos de soldagem que produz a união de metais pelo aquecimento destes por meio de um arco elétrico, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso de metal de adição. Eletrodo Não-Consumível: é o eletrodo que permite apenas a abertura do arco elétrico (fonte de calor), não sendo utilizado como metal de adição. Eletrodos Consumíveis: são aqueles que além de permitirem a abertura do arco elétrico, são também o próprio metal deadição. Tabela 1: Tipos de Eletrodos Processos de soldagem a Arco Elétrico • SMAW, ( ELTRODO REVESTIDO) com sua versatilidade de materiais a serem soldados; • GTAW, ( TIG ) com seu controle de energia do arco; • GMAW,( MIG MAG ) com a sua alta produtividade a baixo custo; • FCAW,( ARAME TUBULAR) com sua alta taxa de deposição e ótimo acabamento superficial do cordão de solda; 3 • SAW,( ARCO SUBMERSO )com sua elevada taxa de deposição e exigência de mecanização; • PAW ( PLASMA ), com sua densidade de energia concentrada no arco. Tipos de Soldagem Soldagem em Estruturas: Conjunto de partes a serem soldadas de uma construção, que se destina a resistir às cargas. Soldagem Automática (“Automatic Welding”): Soldagem feita com equipamento que executa a operação de soldagem, com ajuste dos controles feito por um operador de soldagem. O equipamento pode ou não posicionar a peça. Soldagem Manual (“Manual Welding”): Operação realizada por equipamento de soldagem, sendo que toda a sua seqüência é executada e controlada manualmente. Soldagem Semi-Automática (“Semiautomatic Welding”): Operação realizada com equipamento de soldagem que controla somente a alimentação do metal de adição. A progressão da soldagem é controlada manualmente. Tipos de Solda Solda de Aresta (“Edge Weld”): Solda executada numa junta de aresta. Figura 1: Solda de Aresta. Solda de Costura (“Seam Weld”): Solda contínua executada entre ou em cima de membros sobrepostos. A solda contínua pode consistir de um único cordão de solda ou de uma série de soldas por pontos sobrepostos, conforme as figuras (a) e (b). (a) (b) Figura 2: (a) Solda de costura em junta sobreposta Figura 2: (b) Solda de costura em junta de ângulo Solda de Fixação (“Tack Weld”): Uma solda feita para fixar os membros de uma junta em posição de alinhamento até que a solda seja feita. Solda Descontínua: Solda na qual a continuidade é interrompida por espaçamentos sem solda. Solda Descontínua Coincidente: Solda descontínua, executada em ambos os lados de uma junta de ângulo, composta por cordões igualmente espaçados, de modo que um trecho de cordão se oponha ao outro, também a chamamos de solda em cadeia. 4 Figura 3: Solda Descontínua Coincidente. Solda Descontínua Intercalada: Solda descontínua, executada em junta de ângulo, geralmente em T, composta por cordões igualmente espaçados, de modo que um trecho dos cordões se oponha a uma parte não soldada, também a chamamos de solda escalão. Figura 4: Solda Descontínua Intercalada. Solda de Selagem (“Seal Weld”): Solda executada com a finalidade de impedir vazamentos. Solda de Tampão (“Plug Weld”): Solda executada em um furo circular ou não, localizado em uma das superfícies de uma junta sobreposta ou em T, que une um componente ao outro. As paredes do furo podem ser paralelas ou não e o furo pode ser parcial ou totalmente preenchido com metal de solda. Figura 5: Solda de Tampão. Solda de Topo (“Butt Weld”): Solda executada em uma junta de topo. Figura 6: Solda de Topo. Solda em Ângulo (“Fillet Weld”): Solda cuja seção transversal apresenta-se aproximadamente triangular, com um ângulo geralmente reto entre as superfícies a serem unidas. Figura 7: Solda em Ângulo em Junta de “T”. 5 Solda em Chanfro (“Groove Weld”): Solda executada em uma junta, com bisel previamente preparado. Solda Forte: Brasagem (Processo de união de materiais onde apenas o metal de adição sofre fusão. O metal de adição se distribui por capilaridade na fresta formada pelas superfícies da junta, após fundir-se a temperatura superior a 450 °C.) Solda Fraca (“Soldering”): Processo de união de materiais onde apenas o metal de adição sofre fusão. O metal de adição se distribui por capilaridade na fresta formada pelas superfícies da junta, após fundir-se à temperatura inferior a 450 °C. Solda Homogênea: Solda executada de modo que a composição química do metal de solda seja próxima à do metal de base. Solda Heterogênea: Solda executada de modo que a composição do metal de solda seja significativamente diferente da composição do metal de base. Solda por Pontos (“Spot Welding”) (solda de tampão): Solda executada entre ou sobre membros sobrepostos, cuja fusão ocorre entre as superfícies em contato ou sobre a superfície externa de um dos componentes. A seção transversal da solda no plano da junta é aproximadamente circular conforme as figuras (a) e (b). (a) (b) Figura 8: Solda por Pontos. Solda Provisória (“Temporary Weld”): Solda destinada a manter fixas uma ou mais peças em um equipamento ou estrutura para uso temporário no manuseio, movimentação ou transporte do equipamento ou da estrutura. São vários fatores que envolvem uma soldagem de boa qualidade, onde podemos ressaltar que a posição em que a peça se encontra é que determina a posição de soldagem adequada para executá-la. EPI’s – Equipamento de Proteção Individual Os equipamentos de proteção individual são desenvolvidos de forma que garantam a proteção do soldador contra os diversos perigos oferecidos tanto pelos ambientes de soldagem como também pelos resíduos da soldagem. Os resíduos da soldagem podem ser entendidos como, fumos, gases, radiações, fagulhas, cavacos, limalhas, respingos de metal incandescente, etc. Portanto os EPI’s são de grande importância para a manutenção da vida e da saúde das pessoas que trabalham com algum tipo de processo de soldagem. É importante também não negligenciar o uso correto de um EPI, visando facilitar o trabalho de forma que o soldador se exponha de alguma forma a algum tipo de risco. Máscaras São fabricadas de material incombustível, isolante térmico e elétrico, leve e resistente (fibra de vidro, fibra prensada, etc.). Servem para proteger o soldador dos raios, dos respingos e da temperatura elevada emitida durante a soldagem. As máscaras possuem filtros de luz (vidros protetores), que devem absorver no mínimo 99,5% da radiação emitida nas soldagens. A tonalidade desses filtros - que devem ser protegidos em ambos os lados por um vidro comum incolor - deve ser selecionada de acordo com a intensidade da corrente, para que haja absorção dos raios emitidos (infravermelhos e ultravioletas). Obs: Para soldar ou cortar, usar máscara com vidro ou dispositivo de opacidade adequado ao processo 6 e à aplicação prevista. A tabela abaixo orienta quanto à opacidade recomendada para a proteção em função do processo e da faixa de corrente usados. Como regra geral, iniciar com uma opacidade alta demais para que se veja a zona do arco; reduzir então a opacidade que se tenha uma visão adequada da área de soldagem, sem problema para os olhos. Filtros Recomendados (adaptado da norma de segurança ANSI Z49.1) Tabela 2: Filtro de Proteção Relação Corrente / Opacidade Se essa classificação for obedecida, a absorção dos raios infravermelhos e ultravioletas será de, no mínimo, 99,5%. A montagem dos vidros nas máscaras deve ser feita conforme mostra a figura abaixo. Figura 9: Montagem das lentes de uma máscara de solda As máscaras de soldagem protegem o rosto e os olhos do soldador contra queimaduras provocadas por respingos produzidos por alguns processos de soldagem e principalmente pela radiação emitida pelo arco elétrico. As mangas e aventais, bem como, os macacões e perneiras, protegem o soldador dos respingos e das radiações. As luvas além de terem as mesmas funções das roupas, elas também protegem o soldador de choques elétricos, visto que, toda estrutura que está sendo soldada fica energizada durante todo o tempo da realização da soldagem. As botas sendo feitas de materiais isolantes também protegem o soldador contra choques elétricos. Deve-se prestar atenção para o fato de que no processo de soldagem os valores de corrente elétricaé muito alta para a resistência do corpo humano. Muitos soldadores confundem corrente elétrica com tensão elétrica. A tensão é apenas uma força que impulsiona a corrente elétrica a se mover pelo condutor elétrico (cabo de soldagem). Os riscos que se corre por estar exposto sem nenhuma segurança aos elevados valores de corrente elétrica são grandes. Os maiores riscos dentro da soldagem em função da corrente elétrica são: choque elétrico e radiação. Radiação A maioria dos processos de soldagem a arco elétrico e corte, soldagem a laser e soldagem e corte oxi-acetilênica e brasagem, a quantidade de radiação emitida requer medida de segurança. Definição 7 A radiação é energia eletromagnética fornecida pelo arco que pode ferir os olhos e queimar a pele. Um soldador vê a luz visível do arco, mas não vê ou não percebe a radiação ultravioleta e a infravermelha. A radiação muitas vezes é silenciosa e indetectável, mas pode causar sérios danos ao corpo humano. Efeitos da Radiação Os efeitos da radiação dependem do comprimento da onda, intensidade e do tempo exposto a energia radiante. Apesar de uma variedade de efeitos serem possíveis, seguem-se dois dos principais danos mais comuns: queimadura na pele e danos aos olhos. Tipos de Radiação Radiação ionizante (raios X) Produzida por processos de soldagem por feixe eletrônico. Pode ser controlada dentro dos limites aceitáveis quando é usada proteção adequada na área ao redor dos feixes de elétrons. Esta radiação é produzida durante a ação de esmerilhar (apontar) a ponta do eletrodo de tungstênio – thório para o processo TIG / GTAW. O pó formado pelo esmerilhamento é radioativo. Este tipo de radiação pode ser controlado pela exaustão local. Radiação não Ionizante (raio ultravioleta, e infravermelho) A intensidade e comprimento de onda da energia produzida dependem do processo e dos parâmetros de soldagem, da composição química do metal de base e do eletrodo (vareta ou arame), fluxo e qualquer camada de revestimento do metal de base e do metal de adição. A radiação ultravioleta aumenta aproximadamente ao quadrado em relação a energia de soldagem. A radiação visível emitida pelo arco aumenta numa taxa muito menor. Processos que utiliza argônio como gás de proteção aumenta a emissão de radiação ultravioleta. Para se proteger da radiação ionizante deve-se evitar inalar o pó do esmerilhamento da ponta dos eletrodos de tungstênio – thório. A radiação emitida pelo eletrodo de tungstênio – thório durante a soldagem e descarte de resíduo, armazenamento são praticamente desprezíveis em condições normais. Para se proteger da radiação não ionizante, deve-se usar capacetes ou máscaras com filtro de proteção adequados de acordo com a norma ANSI Z87.1. As cortinas coloridas usadas como proteção na área de soldagem não devem ser usadas como filtros de soldagem, pois elas não impedem a ação da radiação, só quebra o brilho luminoso do arco. O equipamento de proteção individual é extremamente necessário para evitar a exposição a estas radiações desde que sejam respeitados as normas vigentes para cada processo de soldagem. Por exemplo: o processo TIG com gás de proteção argônio emite uma radiação ultravioleta mais forte que outros processos a arco elétrico, sua lente de proteção contra os raios ultravioleta é de número 12. Um valor abaixo disso não impedirá a passagem da radiação ultravioleta que agirá silenciosamente, ou seja, seus efeitos maléficos aparecerão depois de um bom tempo de exposição a esta radiação. 8 Segurança e Higiene Um ambiente de trabalho deve estar sempre bem limpo, arejado e organizado com o intuito de evitar acidentes, danos a saúde e a improdutividade. Estes três fatores são de extrema importância para se riscos desnecessários. Um ambiente de trabalho limpo impede que uma peça, ou qualquer objeto jogado ou fora de lugar poça causar um acidente. Trabalho em Grupo 9 A importância de trabalhar sempre visando o bem estar e desenvolvimento tanto próprio, quanto a dos colegas de trabalho, são hoje em dia pontos de grande relevância dentro de uma empresa. A união faz a força. É muito importante que as pessoas saibam trabalhar em equipe não só pensando na sua produtividade pessoal, mas na produtividade de todos. Módulo 2 – Processo de Soldagem por Arco Elétrico Com Eletrodo Revestido História do Eletrodo Revestido O primeiro eletrodo consistia em um arame de aço que produzia, uma solda frágil e, cheio de defeitos. O arco elétrico sempre superaquecia o metal de base, e este era fragilizado devido a reação com o ar. Em 1907, o sueco Oscar Kellberg desenvolveu o primeiro eletrodo revestido através da imersão da vareta do arco em uma solução de celulose. Nesta época o revestimento do eletrodo tinha mais a função de estabilizar o arco do que proteger e purificar o metal de solda. Em 1912, o americano Strohmenger conseguiu patentear um eletrodo revestido que produzia um metal de solda com propriedades mecânicas adequadas. Porém o processo de fabricação ainda era extremamente caro nessa época. Na primeira guerra mundial, houve um grande avanço na utilização deste processo, devido a necessidade de fabricação de navios para transporte de tropas em substituição ao processo de rebitamento tradicionalmente usado nas chapas. Em 1927 desenvolveu-se um estudo para aplicação do revestimento, o que reduziu substancialmente o custo de fabricação do eletrodo revestido. Esta técnica permitiu variar a composição do revestimento do eletrodo para obter-se determinadas características operacionais e mecânicas. Este desenvolvimento proporcionou um grande passo na evolução da soldagem com arco elétrico. O processo com eletrodo revestido fixou-se e expandiu em sua utilização sendo, até hoje um dos mais usuais no processo de solda. Equipamento de Soldagem Uma das razões para a grande aceitação do processo SMAW é a simplicidade do equipamento necessário. O equipamento de soldagem consiste na fonte de energia, no porta-eletrodos (tenaz) e nos cabos e conexões. Figura 10: Equipamento para soldagem por eletrodo revestido (SMAW) Porta Eletrodos Os porta-eletrodo serve para a fixação e energização do eletrodo. É fundamental a correta fixação e boa isolação dos cabos para que os riscos de choque sejam minimizados. As garras devem estar sempre 10 em bom estado de conservação, o que ajudará a evitar os problemas de superaquecimento e má fixação do eletrodo, podendo vir a soltar-se durante a soldagem. Um porta-eletrodo é dimensionado para trabalhar em uma determinada faixa de diâmetros. Esta limitação vem não só da abertura máxima nas garras para encaixar o eletrodo, como também, e principalmente, pela corrente máxima que pode conduzir. Um porta-eletrodo para ser utilizado em valores de corrente mais elevados, necessita ser mais robusto, o que fará com que seu peso aumente. Como o peso é um fator determinante na fadiga do soldador, deve-se sempre procurar especificar o menor porta-eletrodo possível, para a faixa de corrente que se pretende trabalhar. Figura 11: Acessórios do porta-eletrodo Cabos Flexíveis (Cabo de Solda e Cabo Terra) Os cabos transportam a corrente elétrica da fonte de energia ao porta-eletrodo (cabo de soldagem), e da peça de trabalho para a fonte de energia (cabo de retorno ou cabo terra) para possibilitar a soldagem. Os cabos podem ser de Cobre ou de Alumínio, devem apresentar grande flexibilidade de modo a facilitar o trabalho em locais de difícil acesso. É necessário que os cabos sejam cobertos por uma camada de material isolante, que deve resistir entre outras coisas à abrasão, sujeira e um ligeiro aquecimento que será normal devido a resistência à passagem da corrente elétrica. Figura 12: Cabos Flexíveis Os diâmetros dos cabos dependem basicamente dos seguintes aspectos: • Corrente de soldagem, • Ciclo de trabalhodo equipamento (tempo de duração da soldagem), • Comprimento total dos cabos do circuito (interfere nos valores de corrente de soldagem e queda de tensão), • Fadiga do operador (esforço físico) Estes quatro itens atuam de maneira antagônica. Enquanto que para os três primeiros seria ideal o cabo com o maior diâmetro possível, (menor chance de superaquecimento para os dois primeiros e menor perda de corrente para o terceiro) no último item é exatamente o oposto, pois ocorre aqui o mesmo que com as portas–eletrodos, um cabo resistente a maiores valores de passagem de corrente é consequentemente mais robusto e por sua vez mais pesado causando com isto maior fadiga ao soldador. Para os cabos confeccionados em cobre, a tabela abaixo, indica os diâmetros recomendados em função da corrente, fator de trabalho e, principalmente, comprimento do cabo. 11 Tabela 3 – Diâmetros Recomendados de Cabos Para Soldagem Conceito de Soldagem Pelo Processo de Eletrodo Revestido. É o processo de soldagem por meio de um arco elétrico com eletrodo revestido que consiste, basicamente, na abertura e manutenção de um arco elétrico entre a alma do eletrodo revestido e a peça a ser soldada. A soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding – SMAW), também conhecido como soldagem manual a arco elétrico, é o mais largamente empregado dos vários processos de soldagem. A soldagem é realizada com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho. O calor produzido pelo arco funde o metal de base, a alma do eletrodo e o revestimento. Quando as gotas de metal fundido são transferidas através do arco para a poça de fusão, são protegidas da atmosfera pelos gases produzidos durante a decomposição do revestimento. A escória líquida flutua em direção à superfície da poça de fusão, onde protege o metal de solda da atmosfera durante a solidificação. Outras funções do revestimento são proporcionar estabilidade ao arco e controlar a forma do cordão de solda. Veja a figura 13 Obs: A função do arco elétrico é fornecer calor para formar a poça de fusão no metal de base e transferir o metal de adição do eletrodo para a poça de fusão. Arco Elétrico 12 Conceito – O arco elétrico consiste de uma descarga elétrica mantida através de um plasma condutor, a alta temperatura, produzindo suficiente energia térmica utilizável para união de metais, através da fusão, ocasionando o metal de solda. Figura 13: Processo de Soldagem Por Eletrodo Revestido Influência da Atmosfera na Poça de Fusão A menos que se solde em uma câmara de vácuo, o que é impensável devido ao custo, todos os processos de soldagem por arco elétrico precisam de algum tipo de proteção para evitar contaminações da atmosfera. No caso do processo de soldagem aqui estudado, será o revestimento dos eletrodos que, entre outras coisas, produzirá uma proteção gasosa através de sua queima, como visto no tema acima sobre os revestimentos e suas funções. Agora estudaremos os inconvenientes da soldagem provocados por soldagens com arames sem revestimento (e sem proteção gasosa). Um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção, após sua fusão perde parte de seus elementos e deposita um metal nitretado e oxidado, cujo valor das propriedades mecânicas será relativamente inferiores as das chapas de aço doce. Estes dois elementos químicos (Nitrogênio e Oxigênio) são os principais para influenciar a deterioração das propriedades, e são detalhados a seguir: Oxigênio É provado que, durante a fusão de um eletrodo sem revestimento, a maior parte do Carbono e do Manganês contidos no aço do eletrodo é queimada durante a operação de soldagem, o que naturalmente irá influenciar as propriedades mecânicas do metal depositado, já que as propriedades de um aço dependem basicamente, do seu teor de Carbono e Manganês. O Carbono transforma-se em óxido de Carbono (CO), e em dióxido de Carbono (CO2), enquanto o Manganês transforma-se em óxido de Manganês (Mn3O4). O Silício, extremamente ávido pelo Oxigênio, queima-se igualmente, dando origem a uma escória de sílica (SiO2). Numerosos ensaios permitem concluir que a fusão de um eletrodo sem revestimento e sem a adição de nenhum outro tipo de proteção, provoca uma forte oxidação do Carbono, Manganês e Silício. Outras reações químicas são menos importantes. Os teores de Enxofre (S) e de Fósforo (P) variam pouco. É importante salientar que, os fenômenos de oxidação dependem basicamente das condições operatórias e do comprimento do arco. Um arco longo (tensão elevada) conduzirá a reações de oxidação mais importantes do que um arco 13 curto. Além disto, as características da fonte de alimentação elétrica (corrente contínua ou alternada), desde que forneçam condições para um arco estável, não terão grande influência sobre estes fenômenos. Aqui vale a pena destacar que não é possível soldar com eletrodo sem revestimento em corrente alternada com as fontes de soldagem convencionais, a menos que se recorra a uma ionização artificial, através de uma faísca piloto. Além destas reações químicas, o Oxigênio do ar pode ter uma ação direta sobre o Ferro. Ele pode, durante a sua transferência para o metal de base e ao nível do banho de fusão, formar sobre as gotas uma película de óxidos. Este óxido formado tem a solubilidade muito baixa (0,05%) no metal. As partículas de óxido serão postas em evidência em metalografia, devido a precipitarem entre os cristais sobre a forma de FeO quando o grão é saturado de óxido. O Oxigênio dissolvido no aço sob a forma de óxido é muito difícil de dosar pelos métodos de análise tradicionais. Nitrogênio Embora nas operações normais o Nitrogênio não tenha grande afinidade com o Ferro, nas altas temperaturas do arco elétrico há a possibilidade de formação de nitrato de Ferro. Mesmo que, a quantidade deste nitrato formado seja normalmente muito pequena, ele tem graves conseqüências porque tornará a solda frágil, diminuindo a resiliência do metal depositado. O Nitrogênio combinado é difícil de identificar principalmente porque não aparece sobre a forma de nitrato, e sim sob a falsa aparência de perlita não identificável ao microscópio. Diversos trabalhos mostram que a presença destes nitratos aumenta substancialmente a dureza, aumenta em menor quantidade a resistência à tração, mas diminui rapidamente o alongamento a ruptura e a estricção (ponto de ruptura do metal), a resistência à fadiga e a resiliência (é a propriedade que um metal tem de se recuperar ou se adaptar rapidamente da deformação que sofre após cessar a força que o deformava). Em suma, quando o teor de Nitrogênio ultrapassa o valor de 0,03% há uma diminuição nos valores das propriedades mecânicas. Funções do Revestimento Os eletrodos revestidos são constituídos por uma alma metálica envolvida por um revestimento composto de materiais orgânicos ou minerais de teores bem definidos. A alma metálica normalmente tem composição química similar a do metal de base, porém pode ter composição totalmente diferente no caso da soldagem do ferro fundido, onde a alma é de níquel. O revestimento também tem funções importantes durante a soldagem, didaticamente podemos classificá-los em funções elétricas, físicas e metalúrgicas. Funções Elétricas Isolamento – o revestimento é um mal condutor de eletricidade e assim isola a alma do eletrodo evitando aberturas laterais do arco, orienta a abertura do arco para locais de interesse, ou seja, para o local exato onde deverá ocorrer a soldagem. Ionização – o revestimento contém silicatos de manganês (Mn) e Níquel (Ni) que ionizam a atmosfera do arco, ou seja, melhora a condução da eletricidade através dos gases que se formam para a proteção da poça de fusão durante a soldagem. A atmosfera ionizada facilita a passagem da corrente elétrica, dandoorigem a um arco estável. Funções Físicas 14 Fornece gases para a formação da atmosfera protetora das gotículas do metal de solda com uma ação do H2 e O2 da atmosfera. O revestimento flui e depois solidifica sobre o cordão de solda formando uma escória que protege o cordão da oxidação pela atmosfera normal, enquanto a solda está resfriando. Proporciona também o controle da taxa de resfriamento, contribuindo no acabamento do cordão de solda. Funções Metalúrgicas • Podem-se adicionar elementos de liga no metal de solda • Alteram-se as propriedades químicas e mecânicas da solda. • A escória diluída limpa o metal de solda. Os Principais Tipos de Revestimentos e Suas Características Individuais • Celulósico – boa penetração, escória fina e destacável, muitos respingos e mau acabamento. • Rutílico ou Oxido de Titânio – cordões de acabamento, chapas finas e baixa penetração. • Básico – baixo hidrogênio, baixa sensibilidade a trinca e fissura, excelentes propriedades mecânicas e boa soldabilidade. • Ácido com Pó de Ferro – constituído de silicato de pó de ferro, escória facilmente removível, alta velocidade de deposição e poucos respingos. • Rutílico com Pó de Ferro – arco suave, boa aparência, alta eficiência de soldagem, solda de canto em um só passe na posição plana. Funções do Revestimento O revestimento do eletrodo revestido tem diversas funções e aplicações que garantem uma boa soldabilidade. São elas: • Proteção Gasosa. • Reduzir a velocidade de solidificação. • Permitir a de gaseificação do metal de solda. • Facilitar a abertura e estabilização do arco elétrico. • Introduzir elementos de liga no depósito e desoxidar o metal de solda. • Facilitar a soldagem de liga nas diversas posições. • Servir de guia as gotas em fusão na direção da poça de fusão. • Constituir-se de isolante na solda de chanfros estreitos ou de difícil acesso. Módulo 3 – Eletrotécnica Básica; Circuito do Arco Elétrico Tensão e Corrente Elétrica Tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Sua unidade de medida é o volt, em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta. Por outras palavras, a tensão elétrica é a "força" responsável pela movimentação de elétrons em um condutor. A tensão elétrica é uma força motriz que surge nos metais condutores de energia elétrica após serem oscilados num campo magnético uniforme. A corrente elétrica é apenas a passagem de elétrons na superfície dos condutores metálicos impulsionados pela força eletro motriz denominada tensão. Os elétrons de um condutor metálico se movem pelas camadas dos átomos somente quando é empurrada por uma força denominada tensão 15 http://pt.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta http://pt.wikipedia.org/wiki/Volt http://pt.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9trico fazendo com que os elétrons se desloquem de forma ordenada e com sentido estabelecido, sempre do pólo negativo para o pólo positivo. A unidade de medida da tensão elétrica é Volts (V) e o aparelho usado para medir a intensidade de tensão elétrica em um condutor é o voltímetro A unidade de medida da corrente elétrica é amper (A) e o aparelho usado para medir a intensidade de corrente elétrica é o amperímetro. Corrente Elétrica Corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica que se move num condutor elétrico impulsionado pela tensão. Corrente Alternada A corrente alternada, ou CA (em inglês AC - alternating current), é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência de corrente alternada é senoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Corrente contínua (CC ou, em inglês, DC - direct current), também chamada de corrente galvânica é o fluxo constante e ordenado de elétrons sempre numa direção. Como Medir os Valores de Corrente e de Tensão de Soldagem Para se medir os valores de corrente e tensão na soldagem é preciso conhecer a forma como os dois aparelhos são inseridos no circuito de soldagem. Para fazer a leitura da corrente elétrica podemos utilizar dois aparelhos, o amperímetro e o multímetro também conhecido como multi – teste. No caso da soldagem utilizaremos apenas o multi – teste por este poder efetuar a leitura tanto da corrente elétrica (A) como da tensão elétrica (V). O tipo mais convencional e eficaz de aparelho de medidas elétricas é o alicate amperímetro, conforme mostra a figura da esquerda acima. Para efetuar – mos a leitura da corrente elétrica devemos abraçar o cabo da tocha, (no caso TIG), ou do porta – eletrodo (no caso do eletrodo revestido) selecionar a seletora para efetuar a leitura de corrente elétrica e fechar o circuito iniciando a soldagem. 16 http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda_senoidal http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_cont%C3%ADnua http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica http://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9trica http://pt.wikipedia.org/wiki/Portadores_de_carga http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluxo Figura 14: Medição da Corrente Elétrica de Soldagem No caso de efetuarmos a leitura da tensão elétrica utilizaremos dois cabos de pontas de prova de medição um preto (+) e o outro vermelho (-) que deverão ser conectados aos bornes do multi – teste nas respectivas cores (preto e vermelho) e em seguida devem ser espetados nos cabos de soldagem respeitando a polaridade da conexão, ou seja, ponta de prova vermelho conectado no cabo negativo da máquina e a ponta de prova preto conectado no cabo positivo da máquina. Figura 15: Medição da Corrente Elétrica de Soldagem Fonte de Energia A soldagem com eletrodos revestidos pode empregar tanto corrente alternada (CA) quanto corrente contínua (CC), porém em qualquer caso a fonte selecionada deve ser do tipo corrente constante (sem oscilação como na corrente contínua e na alternada com gerador de pulso de alta tensão ou freqüência). Esse tipo de fonte fornecerá uma corrente de soldagem relativamente constante independentemente das variações do comprimento do arco causadas pelas oscilações da mão do soldador. A corrente de soldagem determina a quantidade de calor proveniente do arco elétrico e, desde que ele permaneça relativamente constante, os cordões de solda serão uniformes em tamanho e em forma. Os transformadores fornecem somente correntes alternadas. Os retificadores transformam a corrente alternada da rede em corrente contínua disponível para a soldagem. Os geradores podem fornecer correntes contínua e alternada. Os inversores fornecem correntes contínuas e podem ser portáteis. (Obs.: 17 na corrente alternada o arco não é estável dificultando o processo de soldagem. A menor oscilação da mão do soldador pode levar a extinção do arco). Fontes de Energia Podemos utilizar como fontes de energia elétrica para obtenção do arco elétrico para soldagem três tipos de máquinas: Figura 16: Geradores de Solda Figura 17: Transformador de Solda 18 Figura 18: Retificador de Solda Figura 19: Inversor de solda Características das Máquinas de Solda A soldagem a arco elétrico utiliza uma fonte de energia (máquina de soldagem) projetada especificamente para esta aplicação sendo capaz de fornecer tensão e corrente na ordem de 10 a 40 volts e 10 a 1200 ampéres. O funcionamento de uma máquina de soldagem depende muito de suas características estáticas e dinâmicas afetando a característica do arco e a aplicabilidade da fonte de acordo com o processo utilizado. As características “estáticas” das máquinas de solda estão relacionadas aos valores médios de tensão e corrente na saída da fonte. As características “dinâmicas” estão relacionadas às variações transientes de corrente e tensão fornecida pela fonte em resposta as mudanças que ocorrem durante a soldagem. 19 Fontes de Soldagem de CorrenteConstante e Tensão Tombante A característica principal deste tipo de fonte é apresentar uma tensão em vazio, relativamente elevada entre 55 e 85 volts. Além disto, estas fontes permitem que haja uma variação de comprimento de arco sem que a corrente de soldagem sofra alterações significativas alterando drasticamente o resultado final do trabalho. A corrente de soldagem neste tipo de fonte não sofre grandes alterações mesmo quando houver um curto-circuito entre o eletrodo e o metal de base. As fontes de corrente constante e tensão tombante são muito recomendadas ao uso em processos de soldagem manual onde o comprimento do arco é controlado manualmente pelo soldador como ocorre nos processos TIG, eletrodo revestido e soldagem plasma. Fontes de Soldagem de Tensão Constante Estas fontes fornecem basicamente um único valor de tensão durante toda a sua faixa de operação. Elas permitem grandes variações de corrente durante o processo de soldagem quando o comprimento do arco varia ou quando ocorre um curto-circuito. Este comportamento de variações da corrente de soldagem permite o controle do comprimento do arco, o qual controla a velocidade de fusão do arame, como ocorre nos processos de soldagem onde a velocidade de alimentação do arame é constante. Estas fontes são utilizadas nos processos de soldagem MIG e MAG e arco submerso. Características Principais das Fontes de Soldagem de Corrente Constante • Tensão de soldagem baixa, aproximadamente entre 5 e 25 V • Corrente de soldagem alta, aproximadamente 8 a 600 A • Corrente de solda regulável • Proteção contra curto circuito • Pequena instabilidade da corrente elétrica e do arco durante a soldagem (no caso de um transformador) Ciclo de Trabalho Ciclo de trabalho pode ser definido como o tempo no qual o equipamento suporta trabalhar em uma determinada intensidade de corrente sem que a fonte sofra sobrecarga. Os componentes internos de uma fonte de energia tendem a se aquecer pela passagem de corrente elétrica durante uma operação de soldagem. Por outro lado, quando não se está soldando, estando a máquina ligada, o equipamento tende a se resfriar particularmente quando este apresenta ventiladores internos. Assim em uma fonte operando continuamente por um longo período de tempo, a sua temperatura interna pode se tornar muito elevada. Caso ele ultrapasse um valor crítico, dependendo das características construtivas, o equipamento poderá ser danificado pela queima de algum componente ou pela ruptura do isolamento do transformador, ou poderá ter sua vida útil bem reduzida. Para se evitar este problema deve-se atentar para o ciclo de trabalho do equipamento, dado fornecido pelo fabricante que vem no manual e estampado no rótulo de informações da máquina. O ciclo 20 de trabalho é definido pela relação entre o tempo de operação permitido durante um intervalo de teste especificado, em geral igual a 10 minutos. Dessa forma uma fonte especificada para o ciclo de trabalho de 60% poderá operar até 6 minutos em cada 10 minutos, ficando 4 minutos parados para resfriamento. Observe os dados abaixo: A fonte de energia aqui descrita é uma LHI 425, aonde sua corrente máxima vai até 425A. Em função de sua característica construtiva para se trabalhar em plena carga com corrente máxima de 425 A deve-se respeitar o ciclo de trabalho de 40% que quer dizer que a cada 10 minutos solda-se por 4 minutos e deixe-a resfriar por 6 minutos. A um valor de 300 A de corrente de soldagem deve-se respeitar o ciclo de trabalho de 60% soldando por 6 minutos deixando-a resfriar por 4 minutos. E por fim, a um valor de corrente de soldagem máximo de 230 A trabalha-se com o ciclo de trabalho máximo, ou seja, a 100%, significando que com esta corrente pode-se trabalhar por um longo tempo que o aquecimento interno não é muito grande ao nível de se chegar ao ponto crítico. Características das Máquinas de Solda • Tensão de soldagem baixa, aproximadamente entre 5 e 25 V • Corrente de soldagem alta, aproximadamente 15 a 800 A • Corrente de solda regulável • Proteção contra curto circuito • Pequena instabilidade da corrente elétrica e do arco durante a soldagem Características das Correntes Elétricas Características da Corrente Continua • Permite o uso de eletrodo pouco ionizantes (eletrodos que não provocam o aumento da temperatura com o aquecimento dos gases de proteção). • Melhor para aço inox, ferro fundido, básicos e celulósicos. • Melhor para chapas finas e fora de posição • Arco mais estável. • Recurso de troca de polaridade influenciando na penetração (pode-se soldar com polarização direta CCPD ou inversa CCPI). • Pode-se soldar com corrente mais baixa. Características da Corrente Elétrica Alternada • Não é sensível ao sopro magnético. • Maiores velocidade de avanço (pode-se soldar com corrente mais elevada aumentando também a velocidade da soldagem) 21 • Menor custo, peso e tamanho. • Menor consumo de energia • Menor custo de manutenção • Melhor resfriamento do metal depositado, eliminando partículas de escória pela agitação da poça (Provocado pela instabilidade da corrente elétrica). Seleção de Fontes de Energia O emprego de uma fonte CA, CC ou CC/CA depende do tipo de soldagem a ser realizada e dos eletrodos utilizados. Os seguintes fatores devem ser considerados: Seleção do Eletrodo - o uso de uma fonte corrente contínua (CC) permite o emprego de uma faixa maior de tipos de eletrodos. Enquanto a maioria dos eletrodos é designada para ser utilizada com corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA), alguns só funcionarão apropriadamente com corrente contínua. Espessura do Metal de Base - fontes de corrente contínua podem ser utilizadas para a soldagem tanto de seções espessas quanto de peças finas. Chapas finas são soldadas mais facilmente com corrente contínua porque é mais fácil abrir e manter o arco a níveis baixos de corrente. Posição de Soldagem - como a corrente contínua pode ser operada a níveis de correntes de soldagem mais baixas, torna-se mais adequado para a soldagem nas posições sobre cabeça e vertical que a soldagem com corrente alternada. Esse tipo de corrente pode ser empregado para a soldagem fora de posição se forem selecionados eletrodos adequados. A soldagem nas posições mencionadas acima com corrente alternada é inviável, porque na soldagem com corrente alternada necessita-se de uma corrente muito alta para manter a estabilidade do arco exigindo também maior velocidade de soldagem por parte do soldador. Sopro Magnético – O arco elétrico está, como todo condutor elétrico, submetido a um campo magnético. Nos casos em que a distribuição homogênea do campo magnético é impedida, há então um desvio do arco elétrico denominado sopro magnético. O sopro magnético em si não é uma descontinuidade, é apenas um fenômeno físico que ocorre com o arco em determinadas situações. Todavia, quando o arco é desviado de sua trajetória, haverá interferência direta sobre o processo de soldagem podendo surgir algumas descontinuidades. Com isto podemos afirmar que o sopro magnético é um desvio do arco de soldagem provocado por um campo magnético gerado no metal de solda. Causas do Sopro Magnético e Soluções Figura 20: Deslocamento do arco elétrico devido ao sopro magnético na extremidade da peça 22 Figura 21: Deslocamento do arco elétrico devido ao sopro magnético provocado pela peça de maior espessura Figura 22: Deslocamento do arco elétrico devido ao sopro magnético provocado pela proximidade do grampo terra Circuito de Soldagem O momento do circuito de soldagem são três: momento de circuito aberto, momento de curto circuito e momento de circuito fechado. Figura 23: Momento de circuito aberto Figura 24: Momento de curto circuito Figura 25: Momento de circuito fechado 23 Variação do Comprimento do Arco Arco Elétrico Conceito – O arco elétrico consiste de umadescarga elétrica mantida através de um plasma condutor, a alta temperatura, produzindo suficiente energia térmica utilizável para união de metais, através da fusão, ocasionando o metal de solda. O comprimento do arco elétrico é a distância entre a ponta do eletrodo e o metal de base onde ocorre o arco de solda e varia em torno entre dois e quatro milímetros de distância. A variação do comprimento do arco elétrico interfere diretamente no processo de soldagem. Figura 26: Comprimento ideal do arco de solda Figura 27: Arco longo Figura 28: Arco curto Cuidados com o Circuito de Soldagem – em um circuito de soldagem, a fonte de corrente, os condutores do circuito de soldagem e a peça devem formar uma unidade de maneira que fique bem a vista do soldador. As ligações dos cabos do circuito de soldagem dever ser corretamente efetuadas. Pontes rolantes carrinhos de transporte, objetos e ferramentas não devem fazer parte do circuito de soldagem. A ligação do cabo obra (cabo terra) deve ser feita somente junto a peça a ser soldada, em condutores contínuos e com bom contato elétrico. Isto porque, a passagem de corrente elétrica sobre pontos como roldanas, pontes rolantes, engrenagens, cabos de aço, mancais, e trilhos de ponte rolante ou guindastes, 24 por exemplo, forma pontos de contato elétrico produzindo: aquecimento, carbonização e perda de energia. Relação Corrente e Polaridade – O tipo de corrente e a sua polaridade afetam a forma e as dimensões da poça de fusão, a estabilidade do arco e o modo de transferência de metal de adição. Em geral, a soldagem manual com polaridade inversa produz uma maior penetração enquanto que, com polaridade direta, a penetração é menor, mas a taxa de fusão é maior. Com corrente alternada, a penetração e a taxa de fusão tendem a ser intermediárias, mas a estabilidade do processo pode ser inferior. Por outro lado, a soldagem com CA apresenta menos problemas de sopro magnético, sendo melhor para a soldagem com eletrodos e correntes maiores. Em resumo na soldagem com corrente contínua com polarização direta (CCPD) temos: menor penetração do metal de adição no metal de base e taxa de fusão maior, menor corrente de soldagem e deposição do metal de solda mais largo; na soldagem com corrente contínua de polarização inversa (CCPI) temos: maior penetração do metal de adição no metal de base e taxa de fusão menor, corrente de soldagem mais elevada e deposição do metal de solda mais fino. Figura 29: Relação corrente e polaridade Módulo 4 – Metal de Base e Consumíveis Metal Base Os materiais se compõem de átomos que se diferem entre si conforme o elemento químico que lhe dá origem. Existem por exemplo o átomo, de ferro, alumínio, cobre, níquel, carbono, hidrogênio, cromo, etc. Os metais são elementos químicos eletropositivos, bons condutores calor e de eletricidade. Um aglomerado de átomo que forme uma estrutura organizada é denominado de cristal. Todos os metais são compostos por cristais. Os cristais são estruturas organizadas de átomos, podendo ser 25 transparentes ou opacas. Todos os metais são formados por diversas estruturas denominadas estruturas cristalinas. Os cristais compostos por um único elemento podem se diferenciar entre si por possuírem diferentes tipos de estruturas cristalinas e diferentes tipos e quantidades de defeitos na estrutura interna levando os cristais a terem diferentes propriedades físicas. Os cristais de ferro, por exemplo, podem ter durezas diferentes muito embora sua estrutura cristalina interna seja a mesma. Os metais de diferentes composições são denominados “ligas” permitem uma enorme variação nas suas propriedades mecânicas. Os metais ou as ligas metálicas possuem algumas propriedades ou características importantes que se definem em função de sua composição. São elas: Soldabilidade – é a facilidade que um metal ou liga metálica tem de se unir por meio da soldagem. Tenacidade – é a propriedade de um metal que permite suportar esforço considerável, aplicado lenta ou subitamente, de modo continuado ou intermitente e deformando-se antes de trincar ou romper. Para que um metal de base tenha uma boa soldabilidade é necessário que este apresente uma boa tenacidade. Ductilidade – um metal de base é considerado dúctil quando pode se deformar permanentemente sem trincar ou romper. Fragilidade – são aqueles metais que se rompem sem que ocorra nenhuma deformação. A fragilidade é uma propriedade contrária a ductilidade. Elasticidade – é a capacidade que o metal tem de retornar a sua forma original depois de cessada a força que lhe levava a deformação. Resistência Mecânica – é a capacidade que o metal tem de resistir ou de se opor a sua destruição sob ação de forças externas. Dureza – é a propriedade de um metal para resistir a penetração. Do ponto de vista metalúrgico a dureza está muito relacionada a resistência mecânica. Resistência a Corrosão – é a capacidade que o metal tem de resistir ao ataque químico lento e gradual de outros elementos químicos geralmente do meio ambiente. Soldabilidade dos Aços Carbono Comuns 26 Como foi exposto os cristais podem ser formado por mistura de átomos. O aço, por exemplo, é uma mistura de átomos de ferro e átomos de carbono. Esta mistura pode conter outros tipos de átomos misturados. Portanto os aços podem ter diferentes composições químicas, conforme o teor de carbono e de outros elementos de liga. Quando se tem mais de 2% de carbono diluído no ferro, então este metal já não é denominado aço, mas sim ferro fundido. O que determina a soldabilidade do aço é o teor de carbono. Os aços carbonos comuns e os aços de baixas ligas apresentam boa soldabilidade até uma faixa de 0,22 % de teor de carbono em sua composição. O valor da dureza e da fragilidade do aço depende do teor de carbono em sua composição e das altas velocidades de resfriamento. Na soldagem a velocidade de resfriamento do aço é muito alta e depende da energia cedida durante o processo (por unidade de comprimento da solda), da temperatura inicial da peça (denominada temperatura de pré – aquecimento) de sua espessura e da geometria da junta. Durante a soldagem o aço pode mudar o valor de dureza em virtude da velocidade de aquecimento e resfriamento da peça. Aumentando o teor de carbono, aumenta-se a dureza do aço. O resfriamento muito rápido da peça soldada ocasiona trinca na solda, portanto deve deixar o metal soldado resfriando naturalmente. Não se deve forçar o resfriamento do mesmo. O aquecimento rápido do aço também provoca trinca na solda, este pode ocorrer no momento de abertura do arco elétrico. Figura 30: Área com possível tendência a valores mais elevados de dureza em virtude do calor gerado na abertura do arco. Vimos que com o aumento de teor de carbono no aço, aumentamos à dureza e a sensibilidade a ocorrência de trincas e também ocorre a diminuição do ângulo de dobramento do aço, ou seja, fica mais difícil de envergar (tenacidade). Obs1: A soldabilidade do aço diminui com o aumento do teor de carbono, diminuindo também o seu alongamento e aumentando a sua capacidade de tempera. Obs2: Podemos afirmar que, quanto maior a velocidade de resfriamento e quanto maior for o teor de carbono e de outros elementos de liga mais dura e frágil será a microestrutura do aço. 27 Tipos de Aços Os aços são formados por uma mistura de ferro e carbono contendo outros elementos em sua composição (aços carbono de baixo, médio e alto teor de carbono) e ainda elementos de liga intencionalmente adicionados para lhes conferir propriedades especiais tais como os aços de baixa liga com a soma dos teores de liga inferior a 5%, aços de média liga com a somas dos teores de liga entre 5 e 10 %, e aços de alta liga com mais de 10% de elementos de liga em sua composição. Influência dos Elementos de Liga Ligar é o processo de adicionar ummetal ou um não metal aos metais puros tais como cobre, alumínio ou ferro. Desde o tempo em que se descobriu que as propriedades dos metais puros poderiam ser melhoradas adicionando-se outros elementos, os aços ligados tornaram-se mais conhecidos. Na realidade os metais que são soldados raramente estão no estado puro. As propriedades mais importantes que podem ser melhoradas pela adição de pequenas quantidades de elementos de liga são as durezas, as resistências mecânicas, as ductilidades e as resistências à corrosão. Os elementos de liga mais comuns e seus efeitos nas propriedades dos aços são os seguintes: Carbono (C) O carbono é o elemento mais eficaz, mais empregado e de menor custo disponível para aumentar a dureza e a resistência dos aços. Uma liga contendo até 2,0% de carbono em combinação com o ferro é denominada aço, enquanto que a combinação com teor de carbono acima de 2,0% é conhecida como ferro fundido. Embora o carbono seja um elemento de liga desejável, teores altos desse elemento podem causar problemas; por isso, é necessário um cuidado especial quando se soldam aços de alto teor de carbono e ferro fundido. Enxofre (S) O enxofre é normalmente um elemento indesejável no aço porque causa fragilidade. Pode ser deliberadamente adicionado para melhorar a usinabilidade do aço. O enxofre causa a quebra dos cavacos antes que eles se enrolem em longas fitas e obstruam a máquina. Normalmente todo esforço é feito para reduzir o teor de enxofre para o menor nível possível porque ele pode criar dificuldades durante a soldagem. Manganês (Mn) O manganês em teores até 1,0% está normalmente presente em todos os aços de baixa liga como agente desoxidante ou dessulfurante. Isso significa que ele prontamente se combina com o oxigênio e o enxofre para neutralizar o efeito indesejável que esses elementos possuem quando estão em seu estado natural. O manganês também aumenta a resistência à tração e a temperabilidade dos aços. Cromo (Cr) O cromo, combinado com o carbono, é um poderoso elemento de liga que aumenta a dureza dos aços. Adicionalmente as suas propriedades de endurecimento, o cromo aumenta a resistência à corrosão e a resistência do aço a altas temperaturas. É o principal elemento de liga dos aços inoxidáveis. Níquel (Ni) 28 A principal propriedade do aço que é melhorada pela presença do níquel é sua ductilidade ou sua tenacidade ao entalhe. A esse respeito é o mais eficaz dos elementos de liga para melhorar a resistência ao impacto do aço a baixas temperaturas. Consumíveis com alto teor de níquel são empregados para soldar os diversos tipos de ferro fundido. É também utilizado combinado com o cromo para dar origem ao grupo denominado aços inoxidáveis austeníticos. Molibdênio (Mo) O molibdênio aumenta fortemente a profundidade de têmpera característica do aço. É muito usado em combinação com o cromo para aumentar a resistência do aço a altas temperaturas. Esse grupo de aços é referido como aços ao cromo-molibdênio. Silício (Si) A função mais comum do silício nos aços é como agente desoxidante. Normalmente aumenta a resistência dos aços, mas quantidades excessivas podem reduzir a ductilidade. Em consumíveis de soldagem é algumas vezes adicionado para aumentar a fluidez do metal de solda. Fósforo (P) O fósforo é considerado um elemento residual nocivo nos aços porque reduz fortemente sua ductilidade e tenacidade. Normalmente todo esforço é feito para reduzir o teor de fósforo para os menores níveis possíveis. Entretanto, em alguns aços o fósforo é adicionado em quantidades muito pequenas para aumentar sua resistência. Alumínio (Al) O alumínio é basicamente empregado como um agente desoxidante dos aços. Ele pode também ser adicionado em quantidades muito pequenas para controlar o tamanho dos grãos. Cobre (Cu) O cobre contribui fortemente para aumentar a resistência à corrosão dos aços carbono pelo retardamento da formação de carepa à temperatura ambiente, porém altos teores de cobre podem causar problemas durante a soldagem. Nióbio (Nb) O nióbio é empregado em aços inoxidáveis austeníticos como estabilizador de carbonetos. Já que o carbono nos aços inoxidáveis diminui a resistência à corrosão, um dos modos de 29econ-lo ineficaz é a adição de nióbio, que possui maior afinidade pelo carbono que o cromo, deixando este livre para a proteção contra a corrosão. Tungstênio (W) O tungstênio é usado nos aços para dar resistência a altas temperaturas. Ele também forma carbonetos que são extremamente duros e, portanto, possuem excepcional resistência à abrasão. Vanádio (V) 29 O vanádio mantém o tamanho de grão pequeno após tratamento térmico. Ele também ajuda a aumentar a profundidade de têmpera e resiste ao amolecimento dos aços durante os tratamentos térmicos de revenimento. Nitrogênio (N) Usualmente é feito todo esforço para eliminar o hidrogênio, o oxigênio e o nitrogênio dos aços porque sua presença causa fragilidade. O nitrogênio tem a capacidade de formar estruturas austeníticas; por isso, é ocasionalmente adicionado aos aços inoxidáveis austeníticos para reduzir a quantidade de níquel necessária e, portanto, os custos de produção desses aços. Aços não Ligados ou Aço Carbono São compostos por mistura de ferro e carbono com uma quantidade variável de silício, manganês e pequeníssimas quantidades de enxofre e fósforo. Estes aços podem ser classificados conforme o teor de carbono que possuem. A tabela abaixo trás a classificação dos aços carbonos em função do seu teor de carbono. Os aços chamados aços doces são aços de muito boa soldabilidade. No entanto, quando o teor de carbono for maior que 0,2% pode haver dificuldade de se soldar para espessuras elevadas. Devemos lembrar que quanto maior a espessura maior será a velocidade de resfriamento e a possibilidade de surgir uma fragilidade no metal. Os aços acima de 0,3% de carbono em sua constituição não possuem boa soldabilidade sendo necessária muita atenção na determinação dos parâmetros de soldagem, na definição do parâmetro de pré-aquecimento e de pós-aquecimento. Para efeito de consulta, o quadro abaixo informa a classificação dos aços conforme as especificações SAE, AISI e UNS. 30 Aços Inoxidáveis 31 Os aços inoxidáveis ao cromo se subdividem em duas categorias: a) Os de menos de 12% de cromo: usado em talheres, instrumentos cirúrgicos, eletrodomésticos, etc. São raramente soldados. Dependendo da espessura destes aços, pode ser necessária à utilização de um pré-aquecimento e, geralmente, necessita – se submetê-los a uma tempera em água seguida de um revenimento a 600°C. b) Os de mais de 12% de cromo e particularmente os que estão entre 15 e 25% de cromo: o primeiro se utiliza para a fabricação de equipamentos para a indústria química e para utensílios domésticos. Eles possuem grande resistência a calor e são utilizados com vantagem na fabricação de queimadores, grelhas, caixa de cementação, válvulas etc. Os aços inoxidáveis ao cromo níquel são austeníticos mesmo a temperatura ambiente. Pode – se reconhece-lo por sua superfície brilhante e pelo fato de não ser magnético, ou seja, o imã não o atrai. Este aço é muito resistente como um aço duro, mas é mais dúctil e maleável que o aço extra doce. Sua dilatação até o ponto de fusão é de uma vez e meia a dos aços carbono, sua condutibilidade térmica é quatro vezes menor e sua resistência a corrosão é obtida a uma têmpera a 1100°C, sendo que este tratamento não o endurece, mas pelo contrário, o torna mais macio. Consumíveis Conceito: Consumíveis de Soldagem são todos os materiais empregados na decomposição ou proteção da solda, tais como: eletrodos revestidos, varetas, arames sólidos (eletrodos nus) e arames (eletrodos) tubulares fluxos, gases e anéis consumíveis. A seleção dos consumíveis depende, principalmente, do processode soldagem que, por sua vez, é escolhido em função de vários fatores, entre os quais: • Metal de base; • Geometria e tipo de junta; • Espessura da peça a ser soldada; • Posição da soldagem; • Tipo de fonte de energia; • Produtividade; • Habilidade do soldador, etc. Classificação dos Eletrodos Os eletrodos são classificados com base nas propriedades mecânicas do metal de base depositado, tipo de revestimento, posição de soldagem e tipo de corrente. Para que um eletrodo seja enquadrado numa determinada classe ele precisará apresentar valores mínimos de resistência a tração, alongamento e resiliência, medidos de acordo com os métodos de testes prescritos pela própria norma. A medida de resiliência é feita em corpo de prova com entalhe em V. A norma, além dos ensaios mecânicos prescreve ensaios radiográficos e testes de solda em ângulo, indicando os resultados que os mesmos devem apresentar para que o eletrodo possa ser enquadrado nas várias classes. As normas de eletrodos para aços, agrupando-os em três categorias: aço de baixo carbono, baixa liga, e aço de alta liga pela norma da AWS A5.169T, é: 32 Como Efetuar a Leitura Destas Simbologias: Após a letra E virão três números genéricos representados pelas três letras XXX, (o que indica que pode ser qualquer número) que multiplicado por mil tem-se o valor da resistência mínima de tração. Por exemplo: E 060 – E de eletrodo revestido, 060 de 60 x 1000 psi = 60.000 psi. X1 pode ser substituído por três algarismos (1,2 e 4) que indicam os tipos de posições para soldagem. Se o X1 for substituído pelo número 1 dá indicação de que a soldagem pode ser feita em todas as posições; se for substituído pelo número 2 dá a indicação de que a soldagem poderá ser feita apenas nas posições plana e horizontal; e se o X1 for substituído pelo número 4 dá a indicação de que a soldagem poderá ser feita nas posições: plana, horizontal e vertical. Exemplo: (E XXX X1) E 60 1 = eletrodo revestido, 60.000 psi, para todas as posições. O número X2 é analisado em conjunto com o X1. Exemplo: (E XXX X1 X2) E6012 eletrodo revestido, 60.000 psi, todas as posições, revestimento auto rutílico- sódio podendo ser soldado em corrente contínua direta (CC-) ou corrente alternada (CA) e de penetração média. A tabela abaixo mostra a forma de especificar o eletrodo de acordo com a norma AWS A5. 169 t. 33 Tabela 4: Especificação de eletrodos de acordo com a norma AWS A5.169T Lembrete: Existem diversos tipos de aços para as mais variadas aplicações. Todavia estes aços, em função do seu teor de carbono se dividem em três grupos: aços de baixo carbono, médio carbono e alto carbono. Cada um destes aços tem comportamento diferente em função de suas aplicações e em função da reação com a atmosfera ambiente. Por exemplo: os aços de baixo carbono possuem melhor soldabilidade do que os aços de médio e alto carbono, todavia, sua resistência mecânica e sua resistência a ação atmosférica são bem inferiores em comparação com os aços de médio e alto carbono. Portanto numa soldagem de uma estrutura feita com os aços de baixo carbono, os eletrodos da série 60 são convenientes, mas, de acordo com o tipo de esforço que estes aços possam vir a ser submetido pela obra, pode ser que haja a necessidade de utilizar eletrodos onde sua resistência mecânica sejam maiores para efetuar a soldagem de raiz e enchimento e para o acabamento ter maior resistência a corrosão, pode-se ainda utilizar eletrodos não só de grande resistência mecânica, mas também eletrodos de revestimentos especiais que possuem em sua composição ligas metálicas com elementos resistentes a corrosão como no caso do níquel e do cromo. Para se classificar estes eletrodos, de forma que possamos conhecer suas características utiliza-se o quinto dígito 34 Escolha do Eletrodo Os eletrodos se dividem em quatro grupos: solidificação rápida; enchimento rápido; enchimento e solidificação e baixo hidrogênio. • Solidificação Rápida – alguns eletrodos devido a composição química do seu revestimento têm como característica a solidificação rápida do cordão de solda. Exemplo: E6010, E6011, E7010 – A1, E7010 – G e E8010 – G. • Enchimento Rápido – o eletrodo deste grupo possui como características a alta velocidade de deposição; permite alta velocidade em trabalhos executados na posição 35 plana; o metal se solidifica vagarosamente; tem pouca penetração e baixa solubilidade. Exemplo: E7024, E6027, E7020 – A1. • Enchimento e Solidificação – tem como característica enchimento e solidificação rápida, média razão de depósito e média penetração. Exemplo: E6012, E6013, E7014. • Baixo Hidrogênio – este eletrodo é especificado para o metal de base sensível a trinca e que necessita de qualidade de raio X. Exemplo: E7018 e E7028. 36 37 Armazenagem, Tratamento e Manuseio. Devem ser tomadas certas precauções na armazenagem dos eletrodos revestidos, principalmente os eletrodos básicos de baixo teor de hidrogênio, que são muito higroscópicos e necessitam de cuidados especiais para que suas características não sejam afetadas. Um eletrodo úmido poderá causar inúmeros defeitos na solda: porosidade no início ou mesmo em todo o cordão de solda, trincas ao lado e sob o cordão, porosidade vermiforme, arco instável, respingos abundantes e acabamento ruim. É importantíssimo, pois, que todos os usuários saibam cuidar convenientemente dos eletrodos revestidos. As latas, por ocasião de sua abertura, ficam inutilizadas para posterior armazenagem dos eletrodos remanescentes, os quais deverão ser imediatamente colocados numa estufa apropriada. A forma ideal de se transportar e armazenar eletrodos revestidos são em paletes. Tal sistema evitará choques e danos às embalagens, garantindo sua estanqueidade (isolação) original. As latas deverão ser sempre guardadas na posição vertical, com as pontas de pega voltadas para baixo, visando preservar as pontas de arco, parte mais sensível dos eletrodos revestidos. É recomendável que a abertura seja feita pela remoção do fundo da lata; assim, ficará bem mais fácil pegar os eletrodos na lata, pois a ponta de pega estará descoberta, bem como a tampa remanescente será aquela que identifica o conteúdo em tipo, diâmetro, comprimento e número de produção. O local de armazenagem dos eletrodos em suas embalagens originais deverá ser adequadamente preparado para permitir a manutenção das suas propriedades. Dois aspectos deverão ser considerados e bem controlados: a temperatura e a umidade relativa do ar. As condições de armazenagem recomendadas para os eletrodos revestidos podem ser observadas na tabela abaixo. Tabela 5: controle da temperatura e umidade relativa do ar Identificação de Eletrodos Revestidos Úmidos A sensibilidade dos eletrodos revestidos à umidade do ambiente, não sendo de pleno conhecimento dos usuários, implica na deterioração do revestimento, e na conseqüente necessidade de se efetuar uma ressecagem sobre eletrodos úmidos. Durante a soldagem com eletrodos muito úmidos pode ser visto um vapor de condensação branco. Se a soldagem com um eletrodo úmido for interrompida, pode surgir uma trinca longitudinal no revestimento, partindo da extremidade do arco. A forma ideal de analisar a umidade do revestimento de um eletrodo é realizar sua verificação em laboratório; existem vários métodos, sendo mais difundido aquele preconizado na especificação AWS A5.1, onde, por exemplo, são ensaiados os eletrodos básicos de baixo hidrogênio a temperaturas da ordem de 1.000°C. Nos eletrodos que contêm componentes orgânicos os ensaios são realizados normalmente a temperaturas em torno de 100°C, sendo conveniente, e mesmo necessárias, um teor de umidade superior a 1%, tendo 38 em vista a boa aplicabilidade do eletrodo. Nos celulósicos o teor de umidade adequado situa-se entre3% e 7%. Ressecagem de Eletrodos Revestidos A ressecagem dos eletrodos é efetuada em estufas de diversos tamanhos que atendem as necessidades de uma obra de acordo com a demanda de consumo. Além das estufas existe também uma estufa portátil para uso em campo que pode ser conectado a própria máquina de solda para manter aquecidos os eletrodos revestidos e é denominada de cochicho. Os eletrodos celulósicos não são muito higroscópicos e, como admitem teores mais elevados de umidade, dificilmente acarreta formação de porosidades, razão pela qual raramente necessitam de ressecagem. É o caso dos eletrodos celulósicos, cuja ressecagem deve ser evitada. Os eletrodos básicos são os únicos que aceitam ressecagem em temperaturas mais elevadas, permitindo redução drástica no teor de umidade do revestimento devido à diminuição da água molecular de seus componentes sem prejuízo de suas propriedades. Figura 31: Estufas de ressecagem e manutenção Considerações Importantes na Ressecagem de Eletrodos Básicos. Alguns pontos importantes deverão ser considerados na ressecagem de eletrodos básicos: • Não prolongar a ressecagem por tempo além do recomendado pelo fabricante do consumível; • Controlar adequadamente a temperatura / tempo de ressecagem; • Evitar ressecagem de grandes quantidades; • Guardar os eletrodos ressecados em estufas apropriadas; • A ressecagem minimiza o hidrogênio proveniente da umidade do revestimento em eletrodos de baixo hidrogênio; • Sempre que possível, devem ser seguidas às recomendações do fabricante do consumível; • Ressecagem em fornos adequados, aplicável para eletrodos básicos, de altíssimo rendimento, rutílicos, para ferros fundidos e inoxidáveis; • Para celulósicos, a ressecagem deve ser evitada; • Manutenção da ressecagem em estufas próprias. Tabela de Temperatura Para a Ressecagem dos Eletrodos Revestidos A tabela VII mostra a faixa de temperatura efetiva e o período de tempo real recomendado para a ressecagem de eletrodos revestidos. 39 Tabela 6: Temperatura efetiva e o período de tempo real para a ressecagem de eletrodos revestidos Tabela Recomendada Para a Manutenção de Eletrodos Revestidos A Tabela VIII apresenta a faixa de temperatura efetiva na estufa de manutenção e na estufa portátil (cochicho) recomendadas para os eletrodos revestidos. Tabela 7: Faixa de temperatura efetiva na estufa de manutenção e na estufa portátil Módulo 5 – Manipulação do Eletrodo; Abertura e Geração do Arco Elétrico Técnicas para a Utilização e Manipulação e Geração do Arco Elétrico Devido a existência de um grande número de eletrodo, cada qual com a sua peculiaridade, é impossível generalizar as técnicas para a sua utilização e manipulação. Em princípio a manipulação dos eletrodos deve ser o mais simples possível, para permitir a execução de soldas com o mínimo de defeitos e também facilitar sua utilização pelo soldador. Os parâmetros mais importantes na manipulação são: O ângulo do eletrodo e a velocidade de soldagem, pois eles afetam diretamente a qualidade do acabamento e da própria solda executada. A figura seguinte apresenta para várias posições de soldagem os ângulos utilizados comumente na prática para todos os tipos de eletrodos, na execução de juntas de topo. Ilustra também o ângulo do eletrodo e também o ângulo que o plano que contém o eletrodo e o eixo do cordão que se forma com o metal de base. Este ângulo deve permanecer em torno de 90º, indicando em outras palavras, que o referido plano é perpendicular ao plano do metal de base. 40 Figura 32: manipulação do eletrodo Na soldagem manual, o controle do comprimento do arco é feito pelo soldador, refletindo, assim, a habilidade, conhecimento e experiência deste. A manutenção de um comprimento do arco adequado é fundamental para a obtenção de uma solda aceitável. Um comprimento muito curto causa um arco intermitente, com interrupções freqüentes, podendo ser extinto, “congelando” o eletrodo na poça de fusão. Por outro lado, um comprimento muito longo causa um arco sem direção e concentração, um grande número de respingos e proteção deficiente. O comprimento do arco correto em uma aplicação depende do diâmetro do eletrodo, do tipo de revestimento, da corrente e da posição de soldagem. A velocidade de soldagem deve ser escolhida de forma que o arco fique ligeiramente à frente da poça de fusão. Uma velocidade muito alta resulta em um cordão estreito com um aspecto superficial inadequado, com mordeduras e escória de remoção mais difícil. Velocidades muito baixas resultam em um cordão largo, convexidade excessiva e eventualmente baixa penetração. A manipulação correta do eletrodo é fundamental em todas as etapas da execução da solda, isto é, na abertura do arco, na deposição do cordão e na extinção do arco. Para a abertura do arco, o eletrodo é rapidamente encostado e afastado (riscagem) da peça em uma região que será refundida durante a soldagem e fique próxima ao ponto inicial do cordão. A abertura fora de uma região a ser refundida pode deixar na peça pequenas áreas parcialmente fundidas, com tendência a serem temperadas e de alta dureza. Este tipo de defeito é conhecido como “marca de abertura do arco”. Além de seu aspecto pouco estético, estas áreas podem originar trincas em aços mais temperáveis. O agarramento do eletrodo na superfície da peça é comum em tentativas de abertura do arco por soldadores menos experientes. Neste caso, o eletrodo pode ser removido com um rápido movimento de torção da ponta do eletrodo. Caso este movimento não seja suficiente, o fonte deve ser desligada ou o eletrodo separado do porta – eletrodo (menos recomendável) e, então, removido com auxílio de uma talhadeira. Para o arco ser aberto de forma adequada deve-se prestar atenção na corrente especificada para o eletrodo em função do seu diâmetro e do seu revestimento. A regulagem da corrente não pode estar abaixo da corrente mínima especificada pelo fabricante do determinado eletrodo. Se isto ocorrer a abertura do arco estará comprometida fazendo com que o eletrodo agarre (congelando) com muito mais facilidade. Para abrir o arco com eletrodo revestido deve-se realizar um movimento de riscagem, semelhante a riscagem de um fósforo. Assim que o eletrodo tocar o metal de base deve-se suspender um pouco o eletrodo afastando-o do metal de base a uma distância suficiente para manter o arco aberto. Tão logo o arco esteja aberto, deve-se aproximar o eletrodo do metal de base para controlar de forma mais precisa o comprimento do arco elétrico que deve respeitar uma fixa entre 2 e 4 mm de distância. Observe o desenho: 41 Figura 33: Abertura do arco Durante a deposição do cordão, o soldador deve executar três movimentos principais: • 1 Movimento de mergulho do eletrodo em direção à poça de fusão de modo a manter o comprimento de arco constante. Para isto, a velocidade de mergulho deve ser igualada à velocidade de fusão do eletrodo, a qual depende da corrente de soldagem. • 2. Translação do eletrodo ao longo do eixo do cordão com a velocidade de soldagem. Na ausência do terceiro movimento (tecimento), a largura do cordão deve ser cerca de 2 a 3 mm maior que o diâmetro do eletrodo quando uma velocidade de soldagem adequada é usada. • 3. Deslocamento lateral do eletrodo em relação ao eixo do cordão (tecimento). Este movimento é utilizado para se depositar um cordão mais largo, fazer flutuar a escória, garantir a fusão das paredes laterais da junta e para tornar mais suave à variação de temperatura durante a soldagem. O tecimento deve ser em geral, restrito a uma amplitude inferior a cerca de 3 vezes o diâmetro do eletrodo. O número de padrões de tecimento é muito grande. O processo de soldagem a eletrodo revestido depende em grande parte da habilidade do soldador, é importante observar as seguintestécnicas operatórias: Seleção dos Parâmetros de Soldagem Curvas de saída tensão (V) x corrente (I) típica de uma fonte para soldagem com eletrodos revestidos. Figura 34: Gráfico da relação entre a tensão e a corrente típica da fonte de energia para eletrodo revestido A correta seleção dos parâmetros de soldagem é essencial para a obtenção de uma junta soldada de qualidade. O termo parâmetro de soldagem abrangerá neste documento todas as características do processo de soldagem necessárias para a execução de uma junta soldada de tamanho, forma e qualidade 42 desejados que seja selecionada pelo responsável pela especificação do procedimento de soldagem. Na soldagem manual com eletrodos revestidos, estas características compreendem, entre outras, o tipo e diâmetro e o tipo do eletrodo, a polaridade, o valor da corrente de soldagem, o valor da tensão e o comprimento do arco, bem como a velocidade de soldagem e a técnica de manipulação do eletrodo. Para um dado tipo de eletrodo, o seu diâmetro define a faixa de corrente em que este pode ser usado. A seleção deste diâmetro para uma dada aplicação depende de fatores sensíveis à corrente de soldagem, como a espessura do material (Tabela III) e a posição de soldagem, e de fatores que controlam a facilidade de acesso do eletrodo ao fundo da junta, como o tipo desta o e chanfro sendo usado. A Tabela 7 mostra a relação aproximada entre a espessura da peça (e) e o diâmetro (d) recomendado do eletrodo para a deposição de cordões na posição plana sem chanfro. Tabela 7: Relação entre a espessura da peça e o diâmetro do eletrodo A soldagem fora da posição plana exige, em geral, eletrodos de diâmetro menor do que os usados na posição plana devido à maior dificuldade de se controlar a poça de fusão. Na soldagem em chanfro, as variáveis deste são muito importantes para a escolha do diâmetro do eletrodo. Por exemplo, na execução do passe de raiz, o diâmetro do eletrodo deve permitir que este atinja a raiz da junta minimizando a chance de ocorrência de falta de penetração e de outras descontinuidades nesta região. Em princípio, para garantir uma maior produtividade ao processo, devem-se utilizar, em uma dada aplicação, eletrodos com o maior diâmetro possível (e a maior corrente) desde que não ocorram problemas com a geometria do cordão ou com as suas características metalúrgicas. Para um dado diâmetro de eletrodo, a faixa de corrente em que este pode ser usado depende do tipo e da espessura do seu revestimento. A tabela 2 ilustra faixas usuais de corrente em função do diâmetro para eletrodos celulósicos, rutílicos e básicos. O valor mínimo de corrente é, em geral, determinado pelo aumento da instabilidade do arco, o que torna a soldagem impossível, e o valor máximo, pela degradação do revestimento durante a soldagem devido ao seu aquecimento excessivo por efeito Joule. A forma ideal de se obter a faixa de corrente para um eletrodo é através da consulta do certificado do eletrodo emitido por seu fabricante. A tabela V mostra o tipo e a faixa de corrente ilustrativa para diferentes eletrodos revestidos. Tabela 8: Faixa de corrente para diferentes eletrodos revestidos 43 Para a soldagem vertical e sobre-cabeça, a corrente de soldagem deve ser inferior à usada na posição plana, situando-se na porção inferior da faixa de corrente recomendada pelo fabricante. A corrente de soldagem deve ser escolhida de modo a se conseguir uma fusão e penetração adequada das juntas sem, contudo, tornar difícil o controle da poça de fusão. Uma maior corrente de soldagem aumenta a taxa de fusão do eletrodo, o volume da poça de fusão, a penetração e a largura do cordão. Parâmetro de Soldagem Os parâmetros de soldagem são: voltagem; corrente; velocidade de avanço; polaridade da corrente; penetração; condições, padrões de soldagem. Voltagem – varia de acordo com o comprimento do arco. Diâmetro de eletrodo de 3 a 6 mm provoca uma variação de 20 a 30 volts. A variação do comprimento do arco provoca um desperdício de energia influenciando também na forma de cordão. Corrente – é determinado por: tipo de materiais características específicas de operação como: dimensão da junta, geometria da junta, posição de soldagem, diâmetro do eletrodo e tipo de revestimento. Corrente alta ocasiona: trincas a quente, zona termicamente afetada (ZTA) em grandes proporções e outros efeitos. Velocidade de Avanço – é determinada em função da classe do eletrodo, diâmetro do eletrodo, corrente, metal de base, posição da peça, geometria da junta, e técnica de manipulação do eletrodo. Polaridade da Corrente – é determinada em função: revestimento do eletrodo, condutividade térmica do metal de base, capacidade térmica da junta, e temperatura de fusão dos materiais envolvidos. Penetração – influi diretamente na resistência estrutural da junta. Polaridade do fundente (revestimento); polaridade; corrente; velocidade de avanço e voltagem. Obs.: Quanto maior a corrente maior a penetração. Condições, Padrões de Soldagem – espessura do metal de base; geometria da junta; tipo de eletrodo; diâmetro da alma do eletrodo; outros. Ponteamento A finalidade do ponteamento é permitir uma fácil, correta e econômica fixação das peças a soldar. Ele consiste em executar cordões curtos e distribuídos ao longo da junta, sendo sua função básica manter a posição relativa entre as peças, garantindo a manutenção de uma folga adequada. O ponteamento pode ser aplicado diretamente na junta, nos casos em que é prevista a remoção da raiz. Figura: 35 O comprimento do ponto é determinado em função da experiência do soldador e deverá ser de tal forma que garanta possíveis manobras na peça, e ao mesmo temo resista aos esforços de contração causados pela operação de soldagem. Uma regra prática utilizada para peças com muitas vinculações, é utilizar entre 1,5 a 3 vezes a espessura da chapa. Nos casos onde não é possível a remoção da raiz, ou em casos onde se pretende uma junta perfeitamente penetrada sem remoção, pode-se utilizar de alguns artifícios para manter o chanfro limpo e 44 a abertura adequada para a operação de soldagem. Alguns destes recursos são apresentados nas figuras 36. Recurso utilizado para fixação da peças; dispositivo de pré-fixação conhecido como "cachorro". Figura 36: dispositivos de pré-fixação Execução da Raiz A folga na montagem é fator determinante para a boa penetração do primeiro passe. Ela é diretamente ligada ao diâmetro do eletrodo utilizado. Para além deste fator, é importante verificar também a influência da polaridade, sendo que para o primeiro passe, em especial em fundo de chanfro, é recomendado utilizar polaridade direta, ou seja, o eletrodo no pólo negativo, pois neste caso, além de termos uma temperatura menor na peça, temos ainda uma convergência do arco elétrico, que do ponto de vista da penetração é bastante benéfica. Execução dos Passes de Enchimento Para a execução dos passes de enchimento são possíveis três diferentes métodos de trabalho que são descritos a seguir: 45 Figura 37: Execução dos Passes de Enchimento Há diversas formas de promover a oscilação do eletrodo para se efetuar uma soldagem como mostra a figura 38. Todavia, em termos práticos deve-se evitar grandes oscilações devido ao aumento do aporte térmico sobre o material soldado, como causa do aparecimento de descontinuidades que afetam a junta soldada. Figura 38: Oscilação do Eletrodo Oscilação de Eletrodo – Medida linear de deslocamento do eletrodo em relação ao vapor do seu diâmetro Passe Estreito – depósito de metal efetuado ao longo do eixo da solda, sem movimento lateral. Passe Oscilante – depósito de metal efetuado ao longo do eixo da solda, com movimento lateral. 46 Figura 39: Oscilação ZIG e ZAG e Meia Lua Módulo 6 – Descontinuidades na Soldagem e Causas e Soluções Conceito: Designa-secomo descontinuidade a qualquer interrupção da estrutura típica de junta de solda. Neste sentido, pode-se considerar como descontinuidade, a falta de homogeneidade de características físicas, mecânicas ou metalúrgicas do material ou da solda. A existência de descontinuidades em uma junta não significa necessariamente que a mesma seja defeituosa. Esta condição depende da aplicação a que se destina o componente e é, em geral, caracterizada pela comparação das descontinuidades observadas ou propriedades medidas com níveis estabelecidos em códigos, projeto ou contrato pertinente. Assim, considera-se uma junta soldada com defeitos quando esta apresenta descontinuidades ou propriedades que não atendam ao exigido. O ponto de abertura do arco é uma região que pode apresentar descontinuidades. Devido a taxa de transmissão de calor ser muito elevada ocorre, no ponto de abertura do arco, um endurecimento localizado no metal de base tornando este ponto suscetível a formação de trincas. Para evitar este problema a abertura do arco elétrico deve ocorrer no ponto onde será efetuada a solda, sendo este ponto, coberto pelo cordão de solda. Figura 40: Ponto de Abertura do Arco Nos locais ou nos pontos de abertura do arco ocorre uma taxa de transmissão de calor muito elevada, deixando esta área com uma possível tendência a valores elevados de dureza. Neste ponto durante o resfriamento do metal de base há uma forte possibilidade de ocorrer trincas. 47 Figura 41: Difusão do calor ao longo da peça no momento da abertura do arco A solda obtida pela soldagem com eletrodo revestido pode conter quase todo tipo de descontinuidade. A seguir estão listadas algumas descontinuidades mais comuns que pode ser encontradas quando este processo é usado. Descontinuidades em Juntas Soldadas Falta de Fusão (FF) – Este termo refere-se à ausência de união por fusão entre passes adjacentes de solda ou entre a solda e o metal de base, ou, fusão incompleta entre a zona fundida e o metal de base ou entre passes da zona fundida. A falta de fusão é causada por um aquecimento inadequado do material sendo soldado como resultado de uma manipulação inadequada da tocha, do uso de uma energia de soldagem muito baixa, da soldagem em chanfros muito fechados ou, mesmo, da falta de limpeza da junta. Esta descontinuidade é um concentrador de tensões severo, podendo facilitar a iniciação de trincas, além de reduzir a seção efetiva da solda para resistir a esforços mecânicos. Falta de Penetração (FP) – o termo refere-se à falha em se fundir e encher completamente a raiz da junta, ou, insuficiência de metal de solda na raiz da solda. A falta de penetração é causada por diversos fatores, destacando a manipulação incorreta da tocha, um projeto inadequado da junta (ângulo de chanfro ou abertura de raiz pequena) o uso de uma baixa energia de soldagem. Falta de penetração causa uma redução da seção útil da solda (cordão de solda estreito) além de ser um concentrador de tensões. 48 Condução da Tocha e Seqüência de Passes Incorretos – o controle da velocidade de soldagem e o posicionamento adequado da pistola é muito importante para se evitar descontinuidade principalmente quando se trabalhar numa raiz que requer maior perícia no controle e posicionamento da tocha. A velocidade de soldagem depende muito da habilidade que possui o soldador e da boa regulagem da corrente de soldagem. Ao efetuar uma soldagem que exige uma menor velocidade no manuseio da tocha, deve-se utilizar uma faixa de corrente menor do que a normal. Em baixa velocidade o tempo que se fica com o arco elétrico sobre os pontos de soldagem é maior, portanto faz-se necessário uma corrente menor pra não ocorrer a destruição do chanfro da peça de solda pela alta temperatura de uma corrente elevada. Inversamente a este ponto, ao se trabalhar em alta velocidade, necessita-se de uma corrente mais elevada com o intuito de aumentar o calor da poça de fusão. Com uma velocidade maior e baixa corrente a poça de fusão não se liquefaz e nem penetra o suficiente nos elementos de soldagem gerando falta de fusão e falta de penetração. Com uma velocidade menor e uma corrente elevada a poça de fusão se liquefaz rapidamente vazando a estrutura do nariz do chanfro causando mordeduras, penetração excessiva, deposição excessiva, concavidade na raiz, entre outros. Estes problemas citados acima podem ocorrer também com posicionamento inadequado do porta eletrodo visto que muda o direcionamento do arco para uma parte do metal de base um pouco fora da área de soldagem. Reforço Excessivo (RE) – provocado pela deposição excessiva do metal de adição e pela corrente de soldagem muito alta. O reforço de uma solda é de no máximo 2mm. Penetração Excessiva (PE) – Metal da zona fundida em excesso na raiz da solda, provocada pela abertura excessiva da raiz e pela corrente de soldagem muito alta. Numa soldagem onde a abertura da raiz é excessiva a corrente de soldagem deve ser baixa assim como a velocidade de soldagem. Deposição Insuficiente (DI) – provocado pela deposição insuficiente do metal de adição e pelo afastamento do eletrodo da poça de fusão (arco longo). Lembrando que o afastamento máximo do eletrodo da poça de fusão é de aproximadamente 3 mm. Concavidade na Raiz (CO) – Reentrância do metal depositado na raiz da solda. A concavidade na raiz é o oposto da penetração excessiva. Ela é provocada pela deposição insuficiente do metal de adição e do afastamento do eletrodo da raiz da junta. 49 Mordedura (M) – é provocada pela corrente de soldagem muito alta; pela falta de sincronismo entre o movimento do porta eletrodo e a deposição do metal de adição e, do ângulo incorreto de soldagem. Poros Vazio arredondado, isolado podendo se localizar interna ou superficial na solda. Os poros podem se manifestar em conjunto distribuídos de maneira uniforme, entretanto não alinhado denominado porosidade se manifestando de três formas: Porosidade Agrupada – conjunto de poros agrupados; Porosidade Alinhada – Conjunto de poros dispostos em linha, segundo uma direção paralela ao eixo longitudinal a solda; Porosidade Vermiforme – Conjunto de poros alongados ou em forma de espinha de peixe situados na zona fundida. Porosidade Agrupada Porosidade Alinhada Porosidade Vermiforme Trincas (T) – são consideradas, em geral, as descontinuidades mais graves em uma junta de soldada por serem fortes concentração de tensão. As trincas resultam da atuação de tensões de tração sobre um material incapaz de resistir a elas, em geral, devido a algum problema de fragilização. Elas podem se formar durante, logo após a soldagem, em outras operações de frações subseqüentes a soldagem ou durante o uso ou estrutura soldada. 50 Causas e Soluções das Descontinuidades Apesar de todo o trabalho do soldador ser voltado para a não execução de defeitos, estes eventualmente vêem a ocorrer. Alguns deles são característicos do processo devido a sua própria natureza. Os defeitos e dificuldades mais característicos da soldagem com eletrodos revestidos são comentados à seguir: Dificuldade na Abertura do Arco Causas Predominantes • Maus contatos no circuito de soldagem Soluções Práticas • Verificar os circuitos, terminais e a ligação do cabo terra. • Limpar e reapertar todos os contatos elétricos. Dificuldade em Manter o Arco Aberto Causas Predominantes • Tensão em vazio fornecida pela fonte de soldagem inferior a necessária para a fusão do eletrodo. Soluções Práticas • Alterar o valor da tensão (para um valor maior) ou utilizar um eletrodo adequado para a tensão. Projeções (O eletrodo "salpica" formando os conhecidos respingos próximos a região do cordão de solda) Causas Predominantes • (1) Corrente muito elevada; (2) Eletrodo úmido; (3) Má ligaçãodo cabo terra. Soluções Práticas • (1) Regular a intensidade de corrente ou utilizar eletrodo de diâmetro maior; (2) Fazer a adequada secagem e conservação dos eletrodos; (3) Para este problema, muito comum de ocorrer em 51 corrente contínua, as soluções são: mudar o local de fixação do cabo terra, soldar sempre em direção oposta a este (ou seja, afastando-se do cabo terra), e se isto não for possível, utilizar corrente alternada. Aquecimento Exagerado do Eletrodo. Causas Predominantes • (1) Intensidade de corrente muito elevada; (2) Arco muito longo. Soluções Práticas • (1) Diminuir a intensidade de corrente; (2) Diminuir o comprimento de arco. Má Aparência do Cordão de Solda (Superfície rugosa, cordão deformado). Causas Predominantes • (1) Eletrodos úmidos; (2) Má preparação da junta; (3) Metal de base com elevado teor de Carbono. Soluções Práticas • (1) Secar e conservar os eletrodos; (2) Modificar a preparação da junta; (3) Trocar o eletrodo para um do tipo básico (preferencialmente) ou rutílico (como 2ª opção). Porosidades (Cavidades, faltas de material, nas formas esférica/ vermicular observadas na solda). Causas Predominantes • (1) Chapa com umidade, verniz, tinta, graxa ou outra sujeira qualquer; (2) Metal de base com teores de Carbono e/ou de Silício muito elevado; (3) Eletrodos úmidos; (4) Arco muito longo; (5) Intensidade de corrente muito elevada. Soluções Práticas • (1) Fazer a secagem e limpeza adequada da chapa antes da operação de soldagem; (2) Mudar o metal de base. Caso não seja possível, mudar o eletrodo para um do tipo básico ou aumentar a temperatura de pré-aquecimento; (3) Fazer a secagem adequada dos eletrodos especialmente no caso de eletrodos básicos; (4) Diminuir o comprimento do arco; (5) Diminuir ligeiramente o valor da corrente de soldagem principalmente se o eletrodo utilizado for do tipo rutílico. Mordeduras (Sulcos regularmente repartidos ao lado do cordão de solda diminuem a espessura da ligação e criam pontos de ruptura) Causas Predominantes • (1) Intensidade de corrente muito elevada; (2) Chapas muito oxidadas, (3) Balanceamento do eletrodo inadequado, permanecendo tempo demais nos cantos. Soluções Práticas • (1) Utilizar intensidade de corrente adequada; (2) Executar limpeza e preparação adequadas; (3) Executar o balanço adequado. 52 Obs: Além disto, ter sempre em mente que uma velocidade de soldagem muito elevada favorece a formação deste defeito devido a não haver tempo suficiente para a adequada deposição de material. Falta de Penetração (A soldagem não é contínua na raiz). Causas Predominantes • (1) Má preparação de junta (afastamento insuficiente ou ângulo do chanfro insuficiente); (2) Eletrodo de diâmetro muito grande; (3) Intensidade de corrente muito baixa. Soluções Práticas • (1) Utilizar uma preparação de junta adequada; (2) Utilizar um eletrodo de diâmetro menor; (3) Utilizar intensidade de corrente adequada. Inclusão de Escória (A escória fica aprisionada entre os cordões da solda) Causas Predominantes • (1) Chapas oxidadas; (2) Intensidade de corrente muito baixa; (3) Má repartição dos cordões; (4) Falta ou inadequada limpeza entre os cordões. Soluções Práticas • (1) Executar limpeza e preparação adequadas; (2) Utilizar intensidade de corrente adequada; (3) Planejar uma sequência adequada para dividir os cordões; (4) Fazer uma adequada limpeza entre os cordões de solda. Cordão Muito Abaulado ou Oco Causas Predominantes • Velocidade de soldagem e intensidade de corrente inadequadas Soluções Práticas • Fazer variar os dois parâmetros Trincas no Cordão de Solda (Trincas formam-se no cordão de solda durante o resfriamento, ou seja, devido ao efeito das contrações) Causas Predominantes • (1) Aço muito duro (% de Carbono elevada); (2) Espessura muito elevada e peça soldada sem pré-aquecimento; (3) Falta de penetração ou secção do cordão de solda insuficiente; (4) Temperatura ambiente muito baixa; (5) Eletrodos úmidos. Soluções Práticas • (1) Trocar o material ou soldar com pré-aquecimento; (2) Pré-aquecer caso utilizar material de base de elevada espessura; (3) Executar o cordão da maneira adequada; (4) Resfriar a peça lentamente (mantas, resfriamento no forno, etc.); (5) Secar e conservar os eletrodos. Trincas no Metal de Base (Trincas longitudinais à solda ou propagando-se pela chapa). 53 Causas Predominantes • (1) Má soldabilidade do aço; (2) Presença de elementos indesejáveis na composição do aço como, por exemplo, Carbono. Soluções Práticas • (1) Pré-aquecer caso isto não tenha sido feito; (2) Aumentar a temperatura de pré- aquecimento. Módulo 7 – Terminologia Relativa aos Tipos de Juntas (Terminologia de Soldagem) A utilização de termos técnicos de soldagem tem sua estruturação a partir das normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e mais recentemente da fundação Brasileira de Tecnologia de Soldagem (FBTS). Esta terminologia deve ser aplicada de forma a facilitar o diálogo entre seus usuários. A viabilização desta termologia embasa-se na experiência de profissionais de área de soldagem no Brasil e na termologia internacional. Preparação e Limpeza das Juntas Graxas, óleo, poeira, camada de proteção de metal de base (tintas), ou umidade na região do cordão de solda, todos estes fatos contribuem para o aparecimento de descontinuidades. A superfície a ser soldada deve estar plenamente limpa para se efetuar uma boa soldagem evitando as descontinuidades. No caso de umidade na região do cordão de solda, deve-se limpar o local com um pano seco e limpo e em seguida aquecer um pouco toda a região de solda. Definição de Termos 54 55 Geometria da Junta – forma e dimensão da secção transversal de junta a ser soldada; junta de topo, de ângulo, de aresta, de quina, sobreposta. 56 Junta Soldada (Welded Joint) – união obtida por soldagem de dois ou mais componentes incluindo a zona fundida, zona de ligação, zona afetada pelo calor e metal de base nas proximidades da solda. Junta Dissimilar (Dissimilar Joint) – junta constituída por elementos, cujas composições químicas dos metais de base diferem significativamente entre si. 57 Dimensão de Solda (Weld Size) 58 Diluição (Dilution) – relação entre a massa do metal de base fundido e o metal de solda. 59 60 61 62 Módulo 8 – Terminologia Relativa às Posições de Soldagem Posições de Soldagem para Juntas de Topo Juntas de Topo – Butt Joint Junta entre dois membros aproximadamente ao mesmo plano. Nesta posição os metais de base (valendo tanto para chapas quanto para tubos) ficam na mesma linha de soldagem tanto no sentido vertical (um ao lado do outro) quanto no sentido horizontal (um em cima do outro). As posições de topo são identificadas por meio de códigos de acordo com a apresentação, ou disposições dos metais de base. A letra G é o agente que codifica a posição dos metais de base como posição de topo sendo antecedido de números de um a seis que define a posição geométrica do cordão de solda como sendo plana, horizontal, vertical, sobre – cabeça, fixa obrigatória e fixa obrigatória com inclinação 45º . 63 64 Posições de Soldagem para Juntas de Ângulo 65 Módulo 9 – Simbologia da Soldagem 66 Simbologia de Soldagem. A simbologia de soldagem diz respeito à representação gráfica de todas as informações que são necessárias ao desenvolvimento do trabalho dos profissionais da área. As várias normas que regem a simbologia de soldagem correspondem aos processos de trabalho de indústria européias, americanas e asiáticas, tais como AWS – American Welding Societty; Euronorm, norma européia; ISO – International Standard Organization; JIS – Japanese Industrial Standards. As normas mais utilizadas no Brasil são da AWS e da ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Símbolos Os símbolos são desenhosque representam orientações para o processo de soldagem; indicam a geometria das juntas, as dimensões e o ângulo do chanfro, a abertura de raiz, o comprimento da solda, o local de trabalho, entre outras informações. Utilizam-se os símbolos para economizar espaço e trabalho nos desenhos dos projetos e, ao mesmo tempo, fornecer tantas informações quantos se poderia encontrar em longos parágrafos; além disso, os símbolos tornam a interpretação do desenho mais rápido e fácil os símbolos de soldagem podem ser classificados em dois grandes grupos: O s símbolos básicos e os suplementares. Símbolos Básicos Os símbolos básicos de soldagem transmitem as informações elementares do processo. Segundo a AWS, as partes sempre presentes na representação simbólica da soldagem são as linhas de referência e a linha de seta conforme mostra a figura abaixo. Símbolos de Soldagem Os símbolos de soldagem constituem um importante meio técnico em engenharia para transmitir informações. Os símbolos fornecem todas as informações necessárias à soldagem, tais como: geometria da junta, dimensões do chanfro, comprimento da solda, se a solda deve ser executada no campo, etc. Existem sistemas de símbolos de soldagem desenvolvidos em normas de diferentes paises. No Brasil, o sistema mais usado é o da American Welding Society, através de sua norma AWS A2.4, Symbols for Welding and Nondestructive Testing. Contudo, símbolos baseados em normas de outros paises são, também, usados. Como estes símbolos são similares aos da AWS, mas apresentam diferenças em detalhes, isto pode levar à interpretação errada de desenhos. Um símbolo completo de soldagem consiste dos seguintes elementos. Linha de referência (sempre horizontal), Seta indicadora, Símbolo básico da solda, 67 Símbolos suplementares, Símbolos de acabamento, Cauda, e Especificação de procedimentos, processo ou outra referência. Obs.: O símbolo de acabamento é simbolizado pela letra F na simbologia de soldagem, onde a mesma se divide em: C – Calafate (chipping). G – Esmerilhamento (grinding). M – Usinagem (machining). R – Laminação (roling). H – Martelamento (hammoring). 68 69 70 71 72 Símbolos Suplementares. A simbologia de soldagem utiliza também símbolos suplementares para fornecer informações mais detalhadas a respeito do tipo de trabalho a ser feito. 73 74 Dimensões de Solda 75 Módulo 11 – Metrologia Um comerciante foi multado porque sua balança não pesava corretamente as mercadorias vendidas. Como já era a terceira multa, o comerciante resolveu ajustar sua balança. Nervoso, disse ao homem do conserto: - Não sei por que essa perseguição. Uns gramas a menos ou a mais, que diferença faz? Imagine se todos pensassem assim. Como ficaria o consumidor? E, no caso da indústria mecânica que fabrica peças com medidas exatas, como conseguir essas peças sem um aparelho ou instrumento de medidas? Neste módulo você vai entender a importância das medidas em mecânica. Por isso o título do livro é Metrologia, que é a ciência das medidas e das medições. Antes de iniciarmos o estudo de metrologia, vamos mostrar como se desenvolveu a necessidade de medir, e os instrumentos de medição. Você vai perceber que esses instrumentos evoluíram com o tempo e com as novas necessidades. Um Breve Histórico das Medidas 76 Como fazia o homem, cerca de 4.000 anos atrás, para medir comprimentos? As unidades de medição primitivas estavam baseadas em partes do corpo humano, que eram referências universais, pois ficava fácil chegar-se a uma medida que podia ser verificada por qualquer pessoa. Foi assim que surgiram medidas padrão como a polegada, o palmo, o pé, a jarda, a braça e o passo. Algumas dessas medidas-padrão continuam sendo empregadas até hoje. Veja os seus correspondentes em centímetros: 1 polegada = 2,54 cm 1 pé = 30,48 cm 1 jarda = 91,44 cm O Antigo Testamento da Bíblia é um dos registros mais antigos da história da humanidade. E lá, no Gênesis, lê-se que o Criador mandou Noé construir uma arca com dimensões muito específicas, medidas em côvados. O côvado era uma medida-padrão da região onde morava Noé, e é equivalente a três palmos, aproximadamente, 66 cm. 77 Em geral, essas unidades eram baseadas nas medidas do corpo do rei, sendo que tais padrões deveriam ser respeitados por todas as pessoas que, naquele reino, fizessem as medições. Há cerca de 4.000 anos, os egípcios usavam, como padrão de medida de comprimento, o cúbito: distância do cotovelo à ponta do dedo médio. Cúbito é o nome de um dos ossos do antebraço. Como as pessoas têm tamanhos diferentes, o cúbito variava de uma pessoa para outra, ocasionando as maiores confusões nos resultados nas medidas. Para serem úteis, era necessário que os padrões fossem iguais para todos. Diante desse problema, os egípcios resolveram criar um padrão único: em lugar do próprio corpo, eles passaram a usar, em suas medições, barras de pedra com o mesmo comprimento. Foi assim que surgiu o cúbito-padrão. Com o tempo, as barras passaram a ser construídas de madeira, para facilitar o transporte. Como a madeira logo se gastava, foram gravados comprimentos equivalentes a um cúbito-padrão nas paredes dos principais templos. Desse modo, cada um podia conferir periodicamente sua barra ou mesmo fazer outras, quando necessário. Nos séculos XV e XVI, os padrões mais usados na Inglaterra para medir comprimentos eram a polegada, o pé, a jarda e a milha. Na França, no século XVII, ocorreu um avanço importante na questão de medidas. A Toesa, que era então utilizada como unidade de medida linear, foi padronizada em uma barra de ferro com dois pinos nas extremidades e, em seguida, chumbada na parede externa do Grand Chatelet, nas proximidades de Paris. Dessa forma, assim como o cúbito-padrão, cada interessado poderia conferir seus próprios instrumentos. Uma toesa é equivalente a seis pés, aproximadamente, 182,9 cm. Entretanto, esse padrão também foi se desgastando com o tempo e teve que ser refeito. Surgiu, então, um movimento no sentido de estabelecer uma unidade natural, isto é, que pudesse ser encontrada na natureza e, assim, ser facilmente copiada, constituindo um padrão de medida. Havia também outra exigência para essa unidade: ela deveria ter seus submúltiplos estabelecidos segundo o sistema decimal. O sistema decimal já havia sido inventado na Índia, quatro séculos antes de Cristo. Finalmente, um sistema com essas características foi apresentado por Talleyrand, na França, num projeto que se transformou em lei naquele país, sendo aprovada em 8 de maio de 1790. Estabelecia-se, então, que a nova unidade deveria ser igual à décima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre. Essa nova unidade passou a ser chamada metro (o termo grego metron significa medir). 78 Os astrônomos franceses Delambre e Mechain foram incumbidos de medir o meridiano. Utilizando a toesa como unidade, mediram a distância entre Dunkerque (França) e Montjuich (Espanha). Feitos os cálculos, chegou-se a uma distância que foi materializada numa barra de platina de secção retangular de 4,05 x 25 mm. O comprimento dessa barra era equivalente ao comprimento da unidade padrão metro, que assim foi definido: “Metro é a décima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre.” Foi esse metro transformado em barra de platina que passou a ser denominado metro dos arquivos. Com o desenvolvimento da ciência, verificou-se que uma medição mais precisa do meridiano fatalmente daria um metro um pouco diferente. Assim, a primeira definição foi substituída por uma segunda: “Metro é a distância entre os dois extremos da barra de platina depositada nos Arquivos da França e apoiada nos pontos de mínima flexão na temperatura de zero grau Celsius.” Escolheu-se a temperatura de zero grau Celsius por ser, na época, a mais facilmente obtida com o gelo fundente.No século XIX, vários países já haviam adotado o sistema métrico. No Brasil, o sistema métrico foi implantado pela Lei Imperial nº 1157, de 26 de junho de 1862. Estabeleceu-se, então, um prazo de dez anos para que padrões antigos fossem inteiramente substituídos. Com exigências tecnológicas maiores, decorrentes do avanço científico, notou-se que o metro dos arquivos apresentava certos inconvenientes. Por exemplo, o paralelismo das faces não era assim tão perfeito. O material, relativamente mole, poderia se desgastar, e a barra também não era suficientemente rígida. Para aperfeiçoar o sistema, fez-se um outro padrão, que recebeu: • Seção transversal em X, para ter maior estabilidade; • Uma adição de 10% de irídio, para tornar seu material mais durável; • Dois traços em seu plano neutro, de forma a tornar a medida mais perfeita. 79 Assim, em 1889, surgiu a terceira definição: “Metro é a distância entre os eixos de dois traços principais marcados na superfície neutra do padrão internacional depositado no B.I.P.M. (Bureau Internacional Dês Poids et Mésures), na temperatura de zero grau Celsius e sob uma pressão atmosférica de 760 mmHg e apoiado sobre seus pontos de mínima flexão.” Atualmente, a temperatura de referência para calibração é de 20ºC. É nessa temperatura que o metro, utilizado em laboratório de metrologia, tem o mesmo comprimento do padrão que se encontra na França, na temperatura de zero grau Celsius. Ocorreram, ainda, outras modificações. Hoje, o padrão do metro em vigor no Brasil é recomendado pelo INMETRO, baseado na velocidade da luz, de acordo com decisão da 17ª Conferência Geral dos Pesos e Medidas de 1983. O INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), em sua resolução 3/84, assim definiu o metro: “Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante o intervalo de tempo de do segundo.” É importante observar que todas essas definições somente estabeleceram com maior exatidão o valor da mesma unidade: o metro. Medidas Inglesas A Inglaterra e todos os territórios dominados há séculos por ela utilizavam um sistema de medidas próprio, facilitando as transações comerciais ou outras atividades de sua sociedade. Acontece que o sistema inglês difere totalmente do sistema métrico que passou a ser o mais usado em todo o mundo. Em 1959, a jarda foi definida em função do metro, valendo 0,91440 m. As divisões da jarda (3 pés; cada pé com 12 polegadas) passaram, então, a ter seus valores expressos no sistema métrico: 1 yd (uma jarda) = 0,91440 m 1 ft (um pé) = 304,8 mm 1 inch (uma polegada) = 25,4 mm Padrões do Metro no Brasil 80 Em 1826, foram feitas 32 barras-padrão na França. Em 1889, determinou-se que a barra nº 6 seria o metro dos Arquivos e a de nº 26 foi destinada ao Brasil. Este metro-padrão encontra-se no IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas). Múltiplos e Submúltiplos do Metro A tabela abaixo é baseada no Sistema Internacional de Medidas (SI). Procure avaliar o que você aprendeu até agora, fazendo os exercícios, a seguir. Depois confira suas respostas com as do gabarito. MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS DO METRO Nome Símbolo Fator pelo qual a unidade é multiplicada 81 Medidas e Conversões Introdução Apesar de se chegar ao metro como unidade de medida, ainda são usadas outras unidades. Mecânica, por exemplo, é comum usar o milímetro e a polegada. O sistema inglês ainda é muito utilizado na Inglaterra e nos Estados Unidos, e é também no Brasil devido ao grande número de empresas procedentes desses países. Porém esse sistema está, aos poucos, sendo substituído pelo sistema métrico. Mas ainda permanece a necessidade de se converter o sistema inglês em sistema métrico e vice-versa. Vamos ver mais de perto o sistema inglês? Depois passaremos às conversões. O Sistema Inglês O sistema inglês tem como padrão a jarda. A jarda também tem sua história. Esse termo vem da palavra inglesa yard que significa “vara”, em referência a uso de varas nas medições. Esse padrão foi criado por alfaiates ingleses. No século XII, em consequência da sua grande utilização, esse padrão foi oficializado pelo rei Henrique I. A jarda teria sido definida, então, como a distância entre a ponta do nariz do rei e a de seu polegar, com o braço esticado. A exemplo dos antigos bastões de um cúbito foram construídas e distribuídas barras metálicas para facilitar as medições. Apesar da tentativa de uniformização da jarda na vida prática, não se conseguiu evitar que o padrão sofresse modificações. As relações existentes entre a jarda, o pé e a polegada também foram instituídas por leis, nas quais os reis da Inglaterra fixaram que: 1 pé = 12 polegadas 1 jarda = 3 pés 1 milha terrestre = 1.760 jardas Leitura de Medida em Polegada A polegada divide-se em frações ordinárias de denominadores iguais a: 2, 4, 8,16, 32, 64, 128... Temos, então, as seguintes divisões da polegada: 82 1/2" 1/4" 1/8” 1/16” 1/32” 1/64” 1/128” Meia polegada Um quarto de polegada Um oitavo de polegada Um dezesseis avos de polegada Um trinta e dois avos de polegada Um sessenta e quatro avos da polegada Um cento e vinte e oito avos da polegada Os numeradores das frações devem ser números ímpares: Quando o numerador for par, deve-se proceder à simplificação da fração: Sistema Inglês – Fração Decimal A divisão da polegada em submúltiplos de 1/2"; 1/4"; 1/8”; ...; 1/128” em vez de facilitar, complica os cálculos na indústria. Por essa razão, criou-se a divisão decimal da polegada. Na prática, a polegada subdivide-se em milésimo e décimos de milésimo. Exemplo a) 1.003" = 1 polegada e 3 milésimos; b) 1.1247" = 1 polegada e 1 247 décimos de milésimos; c) .725" = 725 milésimos de polegada Note que, no sistema inglês, o ponto indica separação de decimais. Nas medições em que se requer maior exatidão, utiliza-se a divisão de milionésimos de polegada, também chamada de micropolegada. Em inglês, “micro inch”. É representado por μ inch. Exemplo .000 001" = 1 μ inch Conversões Sempre que uma medida estiver em uma unidade diferente da dos equipamentos utilizados, deve- se convertê-la (ou seja, mudar a unidade de medida). Para converter polegada fracionária em milímetro, deve-se multiplicar o valor em polegada fracionária por 25,4. Exemplos 83 Para você fixar melhor a conversão de polegadas em milímetros (mm), faça os exercícios a seguir. Verificando o entendimento Converter polegada fracionária em milímetro: 84 Veja se acertou. As respostas corretas são: a) 3,969mm b) 7,937mm c) 0,198mm d) 127,00mm e) 41,275mm f) 19,050mm g) 10,716mm h) 6,548mm i) 53,975mm j) 92,075mm A conversão de milímetro em polegada fracionária é feita dividindo-se o valor em milímetro por 25,4 e multiplicando-o por 128. O resultado deve ser escrito como numerador de uma fração cujo denominador é 128. Caso o numerador não dê um número inteiro, deve-se arredondá-lo para o número inteiro mais próximo. 85 Exemplos Regra prática - Para converter milímetro em polegada ordinária, basta multiplicar o valor em milímetro por 5,04, mantendo-se 128 como denominador. Arredondar, se necessário. Exemplos Verificando o entendimento 86 Faça, agora, estes exercícios: a) 1,5875mm = .................................................................. b) 19,05mm = .................................................................. c) 25,00mm = .................................................................. d) 31,750mm = .................................................................. e) 127,00mm = .................................................................. f) 9,9219mm = .................................................................. g) 4,3656mm = .................................................................. h) 10,319mm = .................................................................. i) 14,684mm =.................................................................. j) 18,256mm = .................................................................. l) 88,900mm = .................................................................. m) 133,350mm = .................................................................. A polegada milesimal é convertida em polegada fracionária quando se multiplica a medida expressa em milésimo por uma das divisões da polegada, que passa a ser o denominador da polegada fracionária resultante. Exemplo Escolhendo a divisão 128 da polegada, usaremos esse número para: • Multiplicar a medida em polegada milesimal: .125" x 128 = 16"; • Figurar como denominador (e o resultado anterior como numerador): 16/128” = 8/64” = 1/8”. Outro exemplo Converter .750" em polegada fracionária 87 Verificando o entendimento Faça, agora, os exercícios. Converter polegada milesimal em polegada fracionária: a) .625" = .............................................................................. b) .1563" = .............................................................................. c) .3125" = .............................................................................. d) .9688" = .............................................................................. e) 1.5625" = .............................................................................. f) 4.750" = .............................................................................. Para converter polegada fracionária em polegada milesimal, divide-se o numerador da fração pelo seu denominador. Exemplos Verificando o Entendimento Converter polegada fracionária em polegada milesimal: 88 Veja se acertou. As respostas corretas são: a) .625"; b) .5313"; c) 1.125"; d) 2.5625" Para converter polegada milesimal em milímetro, basta multiplicar o valor por 25,4. Exemplo Converter .375" em milímetro: .375" x 25,4 = 9,525 mm Verificando o Entendimento Converter polegada milesimal em milímetro: a) .6875" = ................................... b) .3906" = ................................... c) 1.250" = ................................... d) 2.7344" = ................................... Veja se acertou. As respostas corretas são: a) 17,462 mm b) 9,922 mm c) 31.750 mm d) 69,453 mm Para converter milímetro em polegada milesimal, basta dividir o valor em milímetro por 25,4. 89 Verificando o Entendimento Converter milímetro em polegada milesimal: a) 12,7mm = ........................................................................ b) 1,588mm = ........................................................................ c) 17mm = ........................................................................ d) 20,240mm = ........................................................................ e) 57,15mm = ........................................................................ f) 139,70mm = ........................................................................ Veja se acertou. As respostas corretas são: a) .500" b) .0625" c) .669" d) .7969” e) 2.250” f) 5.500” Representação gráfica A equivalência entre os diversos sistemas de medidas, vistos até agora, pode ser melhor compreendida graficamente. 90 Régua Graduada, Metro e Trena Silva verificou, contrariado, que os instrumentos de medição, há pouco adquiridos pela empresa, não estavam sendo bem cuidados pelos funcionários. Os instrumentos estavam expostos à sujeira e a outros agentes agressivos e, além disso, não haviam sido guardados corretamente. Diante disso, Silva expôs o fato em uma reunião e pôde constatar que os funcionários não conheciam bem os instrumentos de medição nem sabiam como conservá-los. Ficou decidido que todos teriam treinamento para solucionar o problema. Vamos acompanhar as explicações? Se você já conhece a régua graduada, vai ampliar seus conhecimentos. Caso contrário, será necessário você ter esse conhecimento, uma vez que a régua graduada, assim como o metro articulado e a trena, é muito usada em mecânica. Introdução A régua graduada, o metro articulado e a trena são os mais simples entre os instrumentos de medida linear. A régua apresenta-se, normalmente, em forma de lâmina de aço-carbono ou de aço inoxidável. Nessa lâmina estão gravadas as medidas em centímetro (cm) e milímetro (mm), conforme o sistema métrico, ou em polegada e suas frações, conforme o sistema inglês. Régua Graduada Utiliza-se a régua graduada nas medições com erro admissível superior à menor graduação. Normalmente, essa graduação equivale a 0,5 mm ou ". As réguas graduadas apresentam-se nas dimensões de 150, 200, 250, 300, 500, 600, 1000, 1500, 2000 e 3000 mm. As mais usadas na oficina são as de 150 mm (6") e 300 mm (12"). 91 Tipos e Usos Régua de Encosto Interno: Destinada a medições que apresentem faces internas de referência. Régua Sem Encosto: Nesse caso, devemos subtrair do resultado o valor do ponto de referência. Régua Com Encosto: Destinada à medição de comprimento a partir de uma face externa, a qual é utilizada como encosto. A Régua de Profundidade: Utilizada nas medições de canais ou rebaixos internos. 92 Régua de Dois Encostos: Dotada de duas escalas: uma com referência interna e outra com referência externa. É utilizada principalmente pelos ferreiros. Régua rígida de aço-carbono com seção retangular: Utilizada para medição de deslocamentos em máquinas-ferramenta, controle de dimensões lineares, traçagem etc. Características De modo geral, uma escala de qualidade deve apresentar bom acabamento, bordas retas e bem definidas, e faces polidas. As réguas de manuseio constante devem ser de aço inoxidável ou de metais tratados termicamente. É necessário que os traços da escala sejam gravados, bem definidos, uniformes, equidistantes e finos. A retitude e o erro máximo admissível das divisões obedecem a normas internacionais. Leitura no Sistema Métrico Cada centímetro na escala encontra-se dividido em 10 partes iguais e cada parte equivale a 1 mm. Assim, a leitura pode ser feita em milímetro. A ilustração a seguir mostra, de forma ampliada, como se faz isso. 93 Verificando o Entendimento Leitura de milímetro em régua graduada. Leia os espaços marcados e escreva o numeral à frente das letras, abaixo da régua. 94 Veja se acertou. As respostas corretas são: a) 10 mm; b) 15 mm; c) 10 mm; d) 3,0 mm; e) 14 mm; f) 27 mm; g) 4 mm; h) 21 mm; i) 10 mm; j) 35 mm; l) 33 mm; m) 53 mm; n) 29 mm; o) 30 mm; p) 34 mm; q) 40 mm Leitura no Sistema Inglês de Polegada Fracionária Nesse sistema, a polegada divide-se em 2, 4, 8, 16... partes iguais. As escalas de precisão chegam a apresentar 32 divisões por polegada, enquanto as demais só apresentam frações de ". A ilustração a seguir mostra essa divisão, representando a polegada em tamanho ampliado. Observe que, na ilustração anterior, estão indicadas somente frações de numerador ímpar. Isso acontece porque, sempre que houver numeradores pares, a fração é simplificada. 95 A leitura na escala consiste em observar qual traço coincide com a extremidade do objeto. Na leitura, deve-se observar sempre a altura do traço, porque ele facilita a identificação das partes em que a polegada foi dividida. Assim, o objeto na ilustração acima tem (uma polegada e um oitavo de polegada) de comprimento. Verificando o Entendimento Faça a leitura de frações de polegada em régua graduada. 96 Veja se acertou. As respostas corretas são: 97 Conservação • Evitar que a régua caia ou a escala fique em contato com as ferramentas comuns de trabalho. • Evitar riscos ou entalhes que possam prejudicar a leitura da graduação. • Não flexionar a régua: isso pode empená-la ou quebrá-la. • Não utilizá-la para bater em outros objetos. • Limpá-la após o uso, removendo a sujeira. Aplicar uma leve camada de óleo fino, antes de guardar a régua graduada. Metro Articulado O metro articulado é um instrumentode medição linear, fabricado de madeira, alumínio ou fibra. No comércio o metro articulado é encontrado nas versões de 1 m e 2 m. A leitura das escalas de um metro articulado é bastante simples: faz-se coincidir o zero da escala, isto é, o topo do instrumento, com uma das extremidades do comprimento a medir. O traço da escala que coincidir com a outra extremidade indicará a medida. 98 Conservação • Abrir o metro articulado de maneira correta. • Evitar que ele sofra quedas e choques. • Lubrificar suas articulações. Trena Trata-se de um instrumento de medição constituído por uma fita de aço, fibra ou tecido, graduada em uma ou em ambas as faces, no sistema métrico e/ ou no sistema inglês, ao longo de seu comprimento, com traços transversais. Em geral, a fita está acoplada a um estojo ou suporte dotado de um mecanismo que permite recolher a fita de modo manual ou automático. Tal mecanismo, por sua vez, pode ou não ser dotado de trava. 99 A fita das trenas de bolso são de aço fosfatizado ou esmaltado e apresentam largura de 12, 7 mm e comprimento entre 2 m e 5 m. Quanto à geometria, as fitas das trenas podem ser planas ou curvas. As de geometria plana permitem medir perímetros de cilindros, por exemplo. Não se recomenda medir perímetros com trenas de bolso cujas fitas sejam curvas. As trenas apresentam, na extremidade livre, uma pequenina chapa metálica dobrada em ângulo de 90º. Essa chapa é chamada encosto de referência ou gancho de zero absoluto. Como a empresa fabricou muitas peças fora das dimensões, o supervisor suspendeu o trabalho e analisou a causa do problema. Concluiu que a maioria dos profissionais tinha dificuldade em utilizar o paquímetro. Novamente o supervisor da empresa se viu em apuros, pois ninguém tinha conhecimentos suficientes sobre paquímetro. Diante da situação, o supervisor decidiu, com o grupo, contratar um especialista para uma explicação sobre paquímetro. Vamos acompanhar as explicações do especialista? Leitura de Medida em Polegada 100 A polegada divide-se em frações ordinárias de denominadores iguais a: 2, 4, 8,16, 32, 64, 128... Temos, então, as seguintes divisões da polegada: Meia polegada Um quarto de polegada Um oitavo de polegada Um dezesseis avos de polegada Um trinta e dois avos de polegada Um sessenta e quatro avos de polegada Um cento e vinte e oito avos de polegada Obs: os numeradores das frações devem ser números ímpares: Quando o numerador for par deve-se proceder a simplificação da fração: Conversões Sempre que uma medida estiver em uma unidade diferente da dos equipamentos utilizados, deve- se convertê-la (ou seja, mudar a unidade de medida). Para converter polegada fracionária em milímetro, deve-se multiplicar o valor em polegada fracionária por 25,4. Exemplo: Exercício Converter Polegada Fracionária em milímetro 5/32” 5/16” 1/128” 5” 1 5/8” 3/4” 27/64” 33/128” 2 1/8” 3 5/8” 49 / 128” 4 7/8” 1/2" 1/16” 3/16” 3/32” 1 7/128” 25/128” A conversão de milímetro em polegada fracionária é feita dividindo-se o valor em milímetro por 25,4 e multiplicando-o por 128. O resultado deve ser escrito como numerador de uma fração cujo denominador é 128. Caso o numerador não dê um número inteiro, deve-se arredondá-lo para o número inteiro mais próximo. 101 Exemplos Compreendendo a Leitura de um Paquímetro: A régua fixa de um paquímetro tem duas escalas: uma em milímetro (escala inferior) e uma em polegada (escala superior). Cada traço da escala fixa inferior vale 1 mm. Desta forma quando o zero do vernier coincidir com o primeiro traço da escala fixa temos 1 mm de leitura. O vernier no paquímetro tem como finalidade dar precisão na leitura da medição de uma peça. As divisões do vernier equivalem ao número de vezes que o milímetro está sendo dividido, ex: 1/20, neste caso cada milímetro está sendo dividido por 20. Tendo este paquímetro uma resolução de 0,05 mm. Por Exemplo: se o zero do vernier ficar situado no espaço entre o 8 e o 9 mm, deve-se fazer a leitura para obter uma precisão no valor da medida da seguinte maneira: Considera-se que a medida já tem 8 mm. Na escala do vernier verificar o traço que mais coincide com o traço da régua fixa. Visto isto ler-se cada traço do vernier equivalendo a 0,05 que somado aos 8 milímetros dá o valor exato da medida. Veja o exemplo abaixo: 102 Observe que o zero do vernier está entre o 70 mm e o 80 mm. Contando quantos traços tem depois do 70 mm vemos que o zero do vernier está passou do 73 mm mas não chegou a 74 mm. Agora vamos verificar no vernier qual o valor entre 73 e 74 mm. No vernier devemos verificar o traço coincidente com um traço da escala fixa. O valor lido no vernier é de 0,65 mm. A leitura final é 73,65 mm. Leitura de Polegada Fracionária No sistema inglês, a escala fixa do paquímetro é graduada em polegada e frações de polegada. Na escala fixa cada divisão dela equivale a 1 / 16” avos da polegada. Esses valores fracionários da polegada são complementados com o uso do nônio. Para utilizar o nônio, precisamos saber calcular sua resolução: Assim cada divisão do nônio vale 1 / 128” avos da polegada. 2 divisões do nônio vale 2 / 128” avos da polegada, simplificando 2 / 128” = 1 / 64” avos da polegada e assim 103 por diante. Observe então a leitura o primeiro traço do nônio, ou sua primeira divisão equivale a 1 / 128” a 2ª divisão do nônio equivale (2 / 128”) que simplificando passa a valer 1 / 64”. A 3ª divisão do nônio equivale a (3 / 128”) e permanece assim porque não dá para simplificar. A 4ª divisão do nônio equivale a (4 / 128”) que simplificando passa a valer 1 / 32”. A 5ª divisão do nônio equivale a (5 / 128”). A 6ª divisão do nônio equivale a (6 / 128”) que simplificando passa a valer 3 / 64”. A 7ª divisão do nônio equivale a (7 / 128”) e a 8ª divisão do nônio equivale a (8 / 128”) que simplificando passa a valer 1 / 16” avos da polegada. Obs: a 8ª divisão do nônio vale 1 / 16” avos da polegada e corresponde a menor fração ou divisão da escala fixa do paquímetro. Fazendo a Leitura: Fazendo a leitura: Observe que a seta que mostra o valor da escala fixa que mede a polegada em 1 / 16” por divisão, está indicando para a 12ª divisão que corresponde a 12 / 16” da polegada. Na escala do nônio cada divisão equivale a 1 / 128” de polegada. A seta que mostra o valor da escala do nônio está indicando a 3ª divisão que corresponde a 3 / 128” de polegada. 3 / 128” não pode ser simplificado porque ambos os números não tem um divisor em comum. Na leitura feita encontramos dois valores de medida. Na escala fixa a leitura feita foi de 12 / 16” e no nônio a leitura feita foi de 3 / 128”. Para achar o resultado destas duas leituras, multiplicamos o numerador da leitura da escala fixa pelo último número do denominador do nônio e o resultado desta multiplicação soma-se ao numerador do nônio. Então temos 12 X 8 + 3 que é igual a 99 e repetimos o denominador do nônio. Assim nossa leitura é de 99 / 128”. 104 Exercícios Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Obs: Para efetuar esta operação temos que ter em mente que a leitura do nônio deve estar simplificada quando possível. 105 Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: 106 Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: Leitura: 107 Símbolos Básicos Dimensões de Solda