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Soldagem • Conceitualmente, a soldagem é considerada como um método de união, porém, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície; 1. Operação que visa obter a união de duas ou mais peças; 2. Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada; 3. Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre os materiais sendo unidos de forças de ligação química de natureza similar as atuantes no interior do próprio material. • A história da soldagem mostra que desde as mais remotas épocas, muitos artefatos já eram confeccionados utilizando recursos de brasagem, tendo sido descobertos alguns com mais de 4000 anos; a soldagem por forjamento também tem sido utilizada há mais de 3000 anos; • A técnica da moderna soldagem começou a ser moldada a partir da descoberta do arco elétrico, bem como também a sintetização do gás Acetileno no século passado, o que permitiu que se iniciassem alguns processos de fabricação de peças, utilizando estes novos recursos. • Com o advento da Primeira Guerra Mundial, a técnica da soldagem começou a ser mais utilizada nos processos de fabricação; a Segunda Guerra Mundial imprimiu grande impulso na tecnologia de soldagem, desenvolvendo novos processos e aperfeiçoando os já existentes. Física do arco elétrico • Um arco elétrico pode ser definido como um feixe de descargas elétricas formadas entre dois eletrodos e mantidas pela formação de um meio condutor gasoso chamado plasma; • Há neste fenômeno a geração de energia térmica suficiente para ser usado em soldagem, através da fusão localizada das peças a serem unidas; • A expressão soldagem a arco elétrico se aplica a um grande número de processos de soldagem que utilizam o arco elétrico como fonte de calor; Abertura e funcionamento do arco elétrico • Um arco elétrico é formado quando 2 condutores de corrente elétrica (eletrodos) são aproximados para fazer o contato elétrico e depois separados. Isto aumenta a resistência ao fluxo de corrente fazendo que as extremidades dos eletrodos sejam levados a altas temperaturas, bem como o pequeno espaço de ar entre eles; • Os elétrons vindo do eletrodo negativo (cátodo) colidem com as moléculas e átomos do ar, desmembrando-os em íons e elétrons livres e tornando a fresta de ar um condutor de corrente devido à ionização. Isto mantém a corrente através do espaço de ar e sustenta o arco; • Na prática para acender o arco, o soldador esfrega a extremidade do eletrodo na peça a soldar e depois o afasta ligeiramente. No instante de contato, a corrente passa no circuito e continua a circular quando o eletrodo é afastado, formando um arco, devido ter acontecido a ionização do ar, isto é, o ar ter se tornado condutor de corrente. • Estima-se que hoje em dia estão sendo utilizados mais de 70 processos de soldagem a nível mundial, pois vários outros processos estão em desenvolvimento; • Isto implica em grandes controvérsias na classificação dos processos, não havendo uma classificação universalmente aceita para os mesmos. Assim, a divisão dos processos portanto será realizada em três grandes famílias: 1. Soldagem por fusão (fases líquida-líquida); 2. Soldagem por pressão (fases sólida-sólida); 3. Brasagem (fases sólida-líquida). • Formação da junta soldada • Formação da junta soldada • Apesar das falhas não ocorrem em grande número e a sua frequência ser bastante baixa do ponto de vista estatístico, a ocorrência das mesmas abriu um novo campo de investigação relacionado aos aspectos físicos e metalúrgicos envolvidos na analise de uma falha. • Representação esquemática dos principais processos de solda ELETRODO REVESTIDO • É um processo de soldagem por fusão a arco elétrico que utiliza um eletrodo consumível, no qual o calor necessário para a soldagem provem da energia liberada pelo arco formado entre a peça a ser soldada e o referido eletrodo; • A proteção da poça de fusão é obtida por meio dos gases gerados pela decomposição do revestimento do eletrodo, sendo que o material de adição que é manuseado sem pressão provem do metal que compõe o eletrodo. Vantagens do Processo 1. Trata-se de um processo versátil e adapta-se a materiais de diversas espessuras em qualquer posição de trabalho; 2. O equipamento necessário tem com custo relativamente baixo; 3. Seu emprego é indicado tanto dentro da fabrica como em campo; 4. Atualmente é usado nas indústrias naval, ferroviária, automobilística, metal-mecânica e de construção civil; 5. É bastante usado para soldar aços-carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis, ferros fundidos, alumínio, cobre, níquel, etc. Limitações de Processo • Trata-se de um processo MANUAL, estreitamente dependente da habilidade do soldador, o que implica em menor controle dos parâmetros de soldagem, como corrente de soldagem; • Comparado a outros processos, apresenta baixa produtividade, pela sua baixa taxa de deposição e baixa taxa de ocupação do soldador (tempo com o arco aberto pelo tempo total de soldagem), que fica em torno de 40%; • Gera grande volume de gases e fumos durante o processo. • O metal de base no percurso do arco é fundido, formando uma poça de metal fundido. O eletrodo é também fundido e assim transferido à poça de fusão na forma de glóbulos de metal fundido a cada 0,001 a 0,01 segundos a elevada temperatura; • Nessas condições a expansão dos gases contidos no arame eletrodo, tanto em solução como armazenados em microporosidades, bem como os gases produzidos pela elevada temperatura dos componentes do revestimento, provocam a explosão desses glóbulos, projetando-os contra o banho de fusão; • O sopro das forças do arco, bem como o impacto dos glóbulos de metal fundido, formam uma pequena depressão no metal de base que é chamada de cratera; • O comprimento do arco deve ser o menor possível (variando na faixa entre 3 e 4 mm ou ainda de 0,5 a 1,1 o diâmetro da alma do eletrodo) a fim de reduzir a chance dos glóbulos do metal em fusão entrarem em contato com o ar ambiente, absorvendo Oxigênio e Nitrogênio, os quais tem efeito bastante adverso nas propriedades mecânicas do metal depositado; • A coluna do arco estende-se desde o fundo da cratera até o glóbulo em fusão da ponta do eletrodo. A temperatura do gás no centro do arco ao longo de seu eixo é de 6000ºC, a temperatura do catodo é de 3200ºC e a temperatura no anodo é de 3400ºC; • O eletrodo revestido, que é constituído por: 1. Alma ou núcleo metálico e; 2. Revestimento. • A alma do eletrodo pode ser ou não da mesma natureza do metal base, porque o revestimento, além da proteção, pode completar a sua composição química . Exemplos • Material a soldar: aço de baixo carbono e baixa liga. Núcleo metálico utilizado: aço carbono; • Material Material a soldar: aço inoxidável. Núcleo metálico utilizado: aço baixo carbono ou aço inoxidável; • Material a soldar: ferro fundido. Núcleo metálico utilizado: níquel puro, liga de ferro-níquel, ferro fundido, aço. Funções do revestimento • Estabilizar o arco elétrico; • Proteger contra a ação da atmosfera; • Reduzir a velocidade de resfriamento do cordão de solda; • Introduzir elementos de liga no cordão de solda; • Facilitar a soldagem em diversas posições de trabalho Classificação dos eletrodos revestidos conforme AWS • Os eletrodos são classificados com base nas propriedades mecânicas e na composição química do metal depositado, no tipo de revestimento, posição de soldagem e tipo de corrente; • A American Welding Society utiliza uma série de números e letras que fornecem várias informações a respeitodo eletrodo. • Para os eletrodos de aço carbono e aços de baixa liga, a classificação utiliza 4 ou 5 algarismos precedidos da letra E, onde E significa eletrodo; • Os primeiros dois (ou três) algarismos se referem à tração mínima exigida e é dado em mil libras por polegada quadrada (ksi). O terceiro (ou quarto) algarismo se refere à posição de soldagem, e o próximo algarismo, que é o último para os eletrodos de aço carbono indica o tipo de revestimento, corrente e polaridade; • Para os aços de baixa liga, a classificação AWS coloca após o último algarismo um hífen, seguido de um conjunto de letras e números, indicando classes de composição química, relativas aos diversos tipos de ligas. https://www.youtube.com/watch?v=rBWnZ4TkU4w https://www.youtube.com/watch?v=Ad6VvXDaHW0 Solda Mig-Mag • Neste processo, o eletrodo é substituído pelo arame de soldagem. Como adição de material, este arame é impulsionado pelo alimentador que o conduz através da tocha até a peça de trabalho, quando o arame passa pelo bico de contato da tocha, ele recebe a corrente elétrica e, em contato com a peça de trabalho ocorre a abertura do arco elétrico; • O ambiente da poça de fusão é mantido protegido pelos gases específicos para este processo: CO2, Argônio ou Mistura, dependendo da aplicação; • Diferentemente do eletrodo revestido, neste processo você deve manter uma distância constante entre a peça de trabalho e a ponta do arame de solda. Aplicações recomendadas: • Fabricação e manutenção de estruturas metálicas em geral; • Reforma e confecção de tanques em aço inox ou aço carbono; • Preenchimento em eixos de caminhões, ônibus, empilhadeiras, etc; • Manutenção de tratores e implementos rodoviários e agrícolas. Princípio do processo Mig/Mag • As partículas funcionam como elementos importantes no processo de transferência de calor, sendo que a transferência de material se processa a uma taxa de várias centenas de gotículas por segundo. • Existem basicamente quatro tipos de transferência de material na soldagem MIG/MAG: 1. GLOBULAR • Gotas de grandes dimensões a baixas velocidades; • Utiliza altas correntes e arcos longos ( 75 a 900 A). 2. Jato ou spray (Mig) • Gotas finas e altas velocidades; • Utiliza altas correntes e altas voltagens (50 a 600 A) • A soldagem MIG pode ser usada em ampla faixa de espessuras, em materiais ferrosos e não ferrosos como Al, Cu, Mg, Ni e suas ligas; • O processo MAG é utilizado apenas na soldagem de materiais ferrosos, tendo como gás de proteção o CO2 ou misturas ricas nesse gás; • De um modo geral pode-se dizer que as principais vantagens da soldagem MIG/MAG são: 1. Alta taxa de deposição; 2. Alto fator de trabalho do soldador; 3. Grande versatilidade de espessuras aplicáveis; 4. Inexistência de fluxos de soldagem; 5. Ausência de remoção de escória e; 6. Exigência de menor habilidade do soldador, quando comparado com eletrodos revestidos. • A principal limitação da soldagem MIG/MAG é sua maior sensibilidade à variação dos parâmetros elétricos de operação de soldagem, que influenciam diretamente na qualidade do cordão de solda depositado; • Além disso deve ser ressaltado o alto custo do equipamento, a grande emissão de radiação ultra violeta, maior necessidade de manutenção em comparação com os equipamentos para soldagem de eletrodos revestidos e menor variedade de consumíveis. Metais de adição • Para MIG/MAG, os eletrodos consumíveis consistem de um arame contínuo em diâmetros que variam de 0,6 a 2,4 mm (arame tubular até 4 mm), em rolos de 12 a 15 kg, existindo até 200 kg; • Os arames são normalmente revestidos com uma fina camada de Cobre para melhor contato elétrico com o tubo de contato da pistola e para prevenir a ocorrência de corrosão na estocagem; • Há arames de adição sólidos ou tubulares sendo que estes últimos são recheados de fluxos que possuem as mesmas características e funções dos revestimentos dos eletrodos revestidos; • Esses arames tubulares podem ser utilizados com proteção gasosa ou conforme um procedimento desenvolvido ultimamente, sem o uso de gases (processo chamado NON-GAS); • Neste caso o fluxo contido dentro do arame gera o gás de proteção da poça de fusão, a formação de escória, a desoxidação da poça e a estabilização do arco. https://www.youtube.com/watch?v=J6otPCv9dH8 Soldagem TIG Processo de Soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) – GTAW • É um processo de soldagem por fusão, a arco elétrico que utiliza o calor gerado pelo arco formado entre o eletrodo de Tungstênio (W) não consumível e a peça que se deseja soldar; • A proteção da poça de fusão é conseguida com a adição de um gás inerte ou mistura de gases inertes sobre ela, sendo que o gás também tem a função de transmitir a corrente elétrica quando ionizado durante o processo e ainda auxiliar a resfriar o eletrodo. A soldagem pode ser realizada com ou sem metal de adição; • É um processo lento, usualmente manual, podendo ser automatizado (taxas de 0,2 a 2 kg/h) e as soldas produzidas são de excelente qualidade; • Não produz escória, gera poucos respingos, pouca fumaça, pequena Z.T.A. e pode ser utilizado em todas as posições. Os cordões de solda são de ótimo acabamento, uniformes, geralmente não requerendo nenhum procedimento de acabamento ou limpeza posterior; • A soldagem TIG é bastante adequada para espessuras finas, pois possibilita o perfeito controle da fonte de calor, sendo que muitas vezes ela é utilizada sem metal de adição, somente caldeando-se as bordas do metal a ser soldado. É muito comum, também utilizar o TIG para o passe de raiz na soldagem de peças espessas e de grande responsabilidade; • É um processo que requer muita habilidade do soldador. Pode-se soldar aços carbono, inoxidáveis, Al, Mg, Ti, Cu, Zr e outros metais de difícil soldagem, nas espessuras de 0,5 a 50 mm. • Os gases de proteção mais utilizados são o Ar e o He, ou uma mistura de ambos; • O Argônio é o gás mais utilizado, principalmente devido ao menor custo e maior disponibilidade, mas possui outras vantagens, por exemplo: 1. Arco mais suave e estável, sem turbulências; 2. Menor voltagem do arco, para um dado comprimento do arco; 3. Menor vazão de gás para uma boa proteção; 4. Facilita a abertura do arco (mais ionizável); 5. Resiste mais às correntes de ar. • O Hélio é utilizado para soldagem de materiais mais espessos pois produz mais calor; • Promove maior penetração do cordão; • Possui custo mais elevado que o Argônio; • Em alguns casos de soldagem são utilizadas misturas especiais, contendo H2 (aços inoxidáveis) ou N2 (soldagem de cobre e suas ligas). • As varetas ou arames de metal de adição para TIG tem basicamente a mesma composição química dos materiais base; nenhuma reação química é esperada que ocorra na poça de fusão; • Nas aplicações automáticas pode se utilizar o processo adicional HOT-WIRE, com pré-aquecimento do arame eletrodo; • As varetas são utilizadas para os processos manuais, enquanto para os processos de alimentação automática se utilizam rolos de arame, similares ao do MIG. Material Nº da especificação Cobre A 5.7 Aços inoxidáveis A 5.9 Alumínio A 5.10 Revestimento A 5.13 Níquel A 5.14 Titânio A 5.16 Aço carbono e baixa liga A 5.18 Magnésio A 5.19 Zircônio A5.24 https://www.youtube.com/watch?v=B7P3k4guDbA Soldagem a Arco Submerso • Arco submerso é um processo de soldagem por fusão, no qual a energia necessária é fornecida por um arco (ou arcos) elétricos desenvolvido entre a peça e um eletrodo (ou eletrodos) consumível, que é continuamente alimentado à região de soldagem; • O arco está submerso em uma camada de fluxo granular que se funde parcialmente, formando uma escórialíquida, que sobe à superfície da poça metálica fundida, protegendo-a da ação contaminadora da atmosfera; • Em seguida essa escória solidifica-se sobre o cordão de solda, evitando um resfriamento demasiado rápido. Vantagens • Este processo permite obter um grande rendimento térmico; • Alcança-se uma elevada produção específica de material de adição, em consequência, uma grande velocidade de soldagem; • Consegue-se alcançar uma grande penetração com este tipo de processo, o que diminui a necessidade de abertura de chanfro; • Possibilita ao operador dispensar o uso de protetores visuais; • Permite obter maior rendimento de deposição que a maioria dos outros processos. Desvantagens ou limitações • A soldagem pode se realizar somente nos limites da posição plana (ou em filete horizontal desde que haja um suporte adequado para o pó); • Há necessidade de remoção de escória a cada passe de soldagem; • A superfície do chanfro deve ser regular e a ajustagem da junta bastante uniforme. Fluxos • Os fluxos tem diversas funções na soldagem a Arco Submerso, entre elas: 1. Estabilizar o arco; 2. Fornecer elementos de liga para o metal de solda; 3. Proteger o arco e o metal aquecido da contaminação pela atmosfera; 4. Minimizar as impurezas no metal de solda; 5. Formar escória. • Os fluxos usados no processo a arco submerso são granulares e constituídos de substâncias fusíveis à base de minerais contendo óxidos de Mn, Si, Ti, Al, Ca, Zr, Mg e outros componentes. Podem ser quimicamente neutros, ácidos ou básicos e não devem produzir grandes quantidades de gases durante a soldagem; • O tipo de fluxo mais utilizado no Brasil é o aglomerado, no qual uma mistura de pós é aglomerada por um ligante, endurecido posteriormente ao forno, moído, peneirado e embalado; devido sua higroscopicidade há necessidade de controle de umidade no armazenamento. https://www.youtube.com/watch?v=H6QGLGJ-BOE Soldagem Oxi-Gás • A soldagem por oxi-gás é um processo de soldagem por fusão, no qual a união entre os metais é conseguida através da aplicação do calor gerado por uma ou mais chamas, resultantes da combustão de um gás, com ou sem o auxílio de pressão, podendo ou não haver metal de adição; • As superfícies dos chanfros dos metais de base e o material de adição quando presente, fundirão em conjunto formando uma poça de fusão única, que após o resfriamento se comportará como um único material. • O sistema é simples, consistindo dos cilindros dos gases comprimidos, reguladores de pressão, manômetros, mangueiras, válvulas de retenção e uma tocha de soldagem, com bico adequado; podem ser conseguidas diferentes atmosferas pela variação da quantidade relativa de comburentes e combustível. • Há uma grande variedade de gases disponíveis para a soldagem a gás, sendo que normalmente o Acetileno é o preferido, tanto pelo custo, como pela temperatura de chama; • Entretanto outros gases combustíveis são também utilizados, tais como o Butano, Propano, Metano, Etileno, Hidrogênio e as misturas produzidas pelas industrias de gases; • A soldagem pelo processo oxi-gás oferece várias vantagens: o equipamento é barato e versátil, é ótima para chapas finas, é realizada com pequenos ciclos térmicos, não usa energia elétrica e solda em todas as posições; • Em compensação o processo apresenta inúmeras desvantagens tais como: 1. Chamas pouco concentradas, o que acarreta grandes zonas termicamente afetadas pelo calor; 2. É necessária grande habilidade do soldador; 3. Não é econômica para chapas espessas; 4. Tem baixa taxa de deposição; 5. Manuseia gases perigosos e; • No processo por oxi-gás, a chama oxiacetilênica é a mais utilizada, portanto vamos conhecer os seus gases: OXIGÊNIO • É o gás comburente, apresentando-se inodoro, insípido e incolor e encontrando-se em abundância na natureza. Industrialmente pode ser obtido por liquefação e destilação do ar, reação química ou eletrólise da água. Acetileno • O Acetileno é obtido da reação da água sobre o Carbureto de Cálcio, que por sua vez é produzido em fornos apropriados pela reação entre o Carbono (C) e o Cal (CaO). 3 C + CaO CaC2 + CO CaC2 + 2 H2O C2H2 + Ca( OH )2 Tipos de Chamas • CHAMA NEUTRA OU NORMAL (r=1): Corresponde a uma alimentação do maçarico em volumes iguais de Oxigênio e Acetileno. O cone á branco, brilhante e somente visível através do óculos de soldador. É a chama utilizada na maior parte dos casos de soldagem, brasagem e aquecimento; • CHAMA REDUTORA (r1): A chama oxidante é resultante da mistura de Acetileno com Oxigênio em excesso, e isto faz com que o cone e a zona de combustão primária se encurtem, com o cone menos brilhante e mais azul; simultaneamente a zona de combustão secundária fica mais luminosa. Esta chama, rica em Oxigênio, oxida o aço com o risco de formação de porosidades pela reação com o Carbono; https://www.youtube.com/watch?v=WOIFby-ilZ0 DEFEITOS DE SOLDAGEM Porosidade • Óleo, oxidação grosseira, carepa, etc; • Problema de proteção: vento, bocal obstruído ou pequeno, mangueira de gás danificada, vazão de gás excessiva, etc; • Falha na remoção da escória vítrea entre os passes de solda; • Soldagem sobre a escória de eletrodo revestido; • Arame - pode ser necessário um arame com teores mais altos de Mn e Si. https://www.alusolda.com.br/loja/produto/bocal-conico-me56613-mm-para-tocha-solda-mig-sbme166125-oximig.html https://www.alusolda.com.br/loja/produto/cilindro-de-mistura10m50-litros-para-solda-mig-mag-usado.html https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/consumiveis-para-soldagem/arames-de-solda-mig-solidos https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/consumiveis-para-soldagem/arames-de-solda-mig-solidos https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/consumiveis-para-soldagem/arames-de-solda-mig-solidos Defeito: falta de penetração • Junta de solda muito estreita; • Corrente de soldagem muito baixa; • Poça de fusão passando à frente do arco. Defeito: falta de fusão • Tensão e/ou corrente de soldagem muito baixa. • Oscilação da tocha muito larga ou muito estreita. • Oxidação excessiva na chapa. Defeito: trincas • Composição química incorreta do arame de solda; • Cordão de solda muito pequeno; • Má qualidade do material de base sendo soldado. https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/consumiveis-para-soldagem/arames-de-solda-mig-solidos https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/consumiveis-para-soldagem/arames-de-solda-mig-solidos Defeito: furo da raiz • Corrente de soldagem muito alta. • Velocidade de soldagem muito baixa. • Diminua a abertura da raiz EPIs Recomendados • Bota com solado isolante; • Perneiras; • Avental; • Blusão; • Luvas; • Máscaras; • Touca. Exercícios 1. O que ocorre com um metal quando este sofre deformação plástica? 2. Explique o processo de usinagem. Defina usinagem com e sem geometria definida. Cite exemplos. 3. Defina cavaco e como se dá a formação do cavaco em materiais dúcteis e frágeis? 4. Cite quais os tipos mais comuns de cavacos. Qual relação entre o tipo de cavaco e as propriedades do material? 5. Explique detalhadamente o que se entende por usinabilidade. 6. Quais as principais propriedades exigidas para materiais de ferramenta de corte? Explique. 7. Explique o efeito de cada elemento de liga listado abaixo em ferramentas de aço rápido: a) Carbono b) Tungtênio e Molibidênio c) Vanádio e Nióbio d) Cromo e) Cobalto.8. Explique como é produzida a ferramenta de metal duro. 9. Cite as principais características das seguintes coberturas: a) TiC b) Al2O3 c) TiN. 10. Defina o que são os fluidos de corte e explique a sua importância nos processos de usinagem. 1. Defina soldagem. 2. Que tipos de materiais, além dos metais, podem ser soldados? 3. Que equipamentos de proteção individual são recomendados para a segurança de soldadores e operadores de soldagem? 4. Como se forma o arco elétrico? 5. Cite e explique os processos de soldagem com uso de eletrodos consumíveis.