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Introdução
A soldagem está intimamente ligada às
mais importantes atividades industriais
que existem no mundo moderno:
Construção naval, ferroviária, aeronáutica
e automobilística, caldeiraria, construção
civil metálica, indústria metalúrgica,
mecânica e elétrica.
Avanços
Apesar de importantíssimo, teve seu maior
avanço nos últimos 100 anos.
Os avanços na metalurgia obrigam a soldagem a
procurar novas técnicas e materiais que sejam
compatíveis com as novas ligas criadas.
Definição
“Soldagem é o processo de união de materiais
usado para obter a coalescência (união)
localizada de metais e não metais, produzida por
aquecimento até uma temperatura adequada, com
ou sem a utilização de pressão e/ou material de
adição” (American Welding Society- AWS).
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Vantagem
Podemos unir dois materiais parafusando, rebitando ecolando.
Porém, a grande vantagem da soldagem é a possibilidadede obter uma união em que os materiais têm umacontinuidade não só na aparência externa, mas tambémnas suas características e propriedades mecânicas equímicas, relacionadas à sua estrutura interna.
Fatores imprescindíveis
Calor e/ou pressão.
O calor é necessário porque grande parte dos processos desoldagem envolve a fusão dos materiais, ou do material deadição, no local da solda.
Mesmo quando se usa pressão e, às vezes, o ponto de fusãonão é atingido, o aquecimento facilita a plasticidade dometal e favorece a ação da pressão para a união dos metais.
Evolução dos processos
O primeiro processo de soldagem por fusão com
aplicação prática foi patenteado nos Estados
Unidos em 1885.
Ele utilizava o calor gerado por um arco
estabelecido entre um eletrodo de carvão e a
peça.
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Evolução dos processos
O calor do arco fundia o metal no localda junta e quando o arco era retirado, ocalor fluía para as Zonas adjacentes eprovocava a solidificação do banho defusão.
Alguns anos mais tarde, o eletrodo de carvãofoi substituído por um eletrodo metálico.
O processo de aquecimento passou, então, aser acompanhado da deposição do metalfundido do eletrodo metálico na peça.
Evolução dos processos
A utilização do oxigênio e de um gáscombustível permitiu a obtenção de chama deelevada temperatura facilitando a fusãolocalizada de determinados metais e aformação de um banho de fusão que, aosolidificar, forma a “ponte” entre as peças aserem unidas.
Evolução dos processos
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A soldagem por fusão inclui a maioria dos processosmais versáteis usados atualmente.
Evolução dos processos
Outros processos se baseiam na aplicação de pressõeselevadas na região a ser soldada. O aquecimento daspeças a serem unidas facilita a ligação entre as partes.
Evolução dos processos
(a) Soldagem por pontos (b) Soldagem por costura. Para unir duas
chapas de 0,8mm de espessura, trabalha-se
com uma corrente de aproximadamente 1500A
e uma força de 300kg.
Evolução dos processos
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Evolução dos processos - resumo
Propriedade imprescindível nasoldagem - Soldabilidade
Pouco adianta desenvolver um novo
material sem que ele possibilite alcançar
boa soldabilidade. Por isso, os processos de
soldagem estão em contínua evolução.
Soldabilidade é a facilidade que os materiaistêm de se unirem por meio de soldagem e deformar em uma série contínua de soluçõessólidas coesas, mantendo as propriedadesmecânicas dos materiais originais.
Soldabilidade - definição
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Soldabilidade – fatores que a afetam
O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiaisé a sua composição química.
Outro fator importante é a capacidade de formar a sériecontínua de soluções sólidas entre um metal e outro.
Assim, devemos saber como as diferentes ligas metálicasse comportam diante dos diversos processos desoldagem.
Soldabilidade – alta ou baixa?
Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados, taiscomo:
Controle de temperatura de aquecimento e de interpasse,ou tratamento térmico após a soldagem, por exemplo,dizemos que o material tem baixa soldabilidade.
Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados,dizemos que o material tem boa soldabilidade.
Soldabilidade
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Terminologia da Soldagem
Soldagem é uma operação que visa obter a união depeças, e solda é o resultado desta operação;
O material da peça, ou peças, que está sendo soldada é ometal de base;
Frequentemente, na soldagem por fusão, um materialadicional é fornecido para a formação da solda, este é ometal de adição;
Durante a soldagem, o metal de adição é fundido pelafonte de calor e misturado com uma quantidade demetal de base também fundido para formar a poça defusão;
Metal de base, de adição e poça de fusão
Denomina-se junta a região onde as peças serão unidaspor soldagem;
Aberturas ou sulcos na superfície da peça ou peças aserem unidas e que determinam o espaço para conter asolda recebem o nome de chanfro;
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Principais elementos de um chanfroFace da raiz ou nariz (s): Parte não chanfrada de um componente dajunta;
Abertura da raiz, folga ou fresta (f): Menor distância entre as peças asoldar;
Ângulo de abertura da junta ou ângulo de bisel (β): Ângulo da partechanfrada de um dos elementos da junta;
Ângulo de chanfro (α): Soma dos ângulos de bisel dos componentes dajunta.
Simbologia de Soldagem
Definições
A = ABERTURA DA RAIZ
Distância entre as peças a unir na
raiz da junta. (Ver Fig. 1)
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Processos de Fabricação/Soldagem
B = CHAPA AUXILIAR DE ESPERA
Chapa auxiliar de espera ou cobre junta.
Material usado como apoio, atrás da junta, durante a
soldagem, e que tem a finalidade principal de evitar o
vazamento descontrolado da solda através da fresta.
A chapa auxiliar de espera poderá ser retirada ou não, após a
soldagem. (Ver Fig. 1).
C = CORDÃO DE SOLDA
Metal de solda depositado em uma junta, formando um
elemento contínuo. (Ver Fig. 1 e 2)
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Processos de Fabricação/SoldagemD = GARGANTA DE UM FILETE (ALTURA DE UM
FILETE)
Altura relativa à hipotenusa, do maior triângulo retângulo
que puder ser inscrito na seção transversal do filete.
(Ver Fig. 2).
E = JUNTA DE TOPO
Junta entre duas peças, topo a topo, dispostas
aproximadamente no mesmo plano. (Ver Fig. 3).
F = LADOS DE UM FILETE (PERNAS DE UM FILETE)
São os catetos do maior triângulo que puder ser inscrito na
seção transversal do filete. (Ver Fig. 2).
G = SOLDA DE FILETE (SOLDA DE ÂNGULO)
Solda de seção transversal aproximadamente triangular
unindo duas peças ortogonais. (Ver Fig. 2)
H = ÂNGULO INCLUSO OU ÂNGULO DO ENTALHE
Ângulo formado pela junção das duas peças.
(Ver Fig. 1).
I = NARIZ
Dimensão formada do bordo da chapa até o início do
chanfro. (Ver Fig. 1).
Representação dos Processos de Acabamento através de
Letras
O acabamento na face da solda deve ser indicado por meio
do símbolo de contorno desejado, e pela letra que defina o
tipo de acabamento que se queira executar.
As letras são as seguintes:
C - Limpeza normal (Escova de aço, etc.)
G - Esmerilhamento
H - Martelamento
M - Usinagem
R - Aplainamento
Solda de topo nivelada
c/ esmerilhamento.
Solda de filete com
acabamento por
Usinagem.
M
G
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Quando não houver sinal de acabamento, admite-se que a
solda não sofra outro acabamento além da limpeza normal.
Todas as soldas com exceção das de bujão ou por ponto são
supostas contínuas, a não ser quando indicados em contrário.
A Seta e seus respectivos símbolos devem ser aplicados tantas
vezes quantas forem as mudanças bruscas de direção exceto
quando o cordão for o mesmo para todo o contorno sendo
neste caso empregado o símbolo correspondente.
As dimensões e os comprimentos dos cordões, assim como os
espaçamentos entre eles devem ser indicados em milímetros e
ao lado do respectivo símbolo.
A linha de referência deve ser sempre horizontal em relação
ao desenho.
Símbolos de Soldagem
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Zonas de uma junta soldada
Cobre-junta ou mata-junta: Peça colocada na parte inferior da solda(raiz) que tem por finalidade conter o metal fundido durante a execuçãoda soldagem;
Zona fundida (ZF): Constituída pelo metal de solda, que é a soma daparte fundida do metal de base e do metal de adição;
Zona termicamente afetada (ZTA): Região do metal de base que temsua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem
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Passe de solda: Formado por um deslocamento da poçade fusão na região da junta;
Posições de soldagem
Classificação dos processos de
soldagemSoldagem por fusão:
Processo no qual as partes são fundidas por meio de energia elétrica ou
química, sem aplicação de pressão.
Soldagem por pressão:
Processo no qual as partes são coalecidas e pressionadas uma contra a
outra.
Brasagem:
Processo no qual as partes são unidas por meio de uma liga
metálica de baixo ponto de fusão. Neste método, não há fusão do
metal de base.
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Processos de soldagem
Soldagem por fusão
Soldagem a arco
elétrico
Classificação dos processos de
corte
Corte a gás:
Corte oxiacetilênico.
Corte a arco elétrico.
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Soldagem com eletrodo revestido (SMAW) é a união de metais peloaquecimento oriundo de um arco elétrico entre um eletrodo revestido e ometal de base, na junta a ser soldada;
O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco até a poça defusão do metal de base, formando assim o metal de solda depositado;
Uma escória, que é formada do revestimento do eletrodo e das impurezasdo metal de base, flutua para a superfície e cobre o depósito, protegendoesse depósito da contaminação atmosférica e também controlando a taxade resfriamento. O metal de adição vem da alma metálica do eletrodo(arame) e do revestimento;
A soldagem com eletrodo revestido é o processo de soldagem maisutilizado devido à simplicidade do equipamento, à resistência e qualidadedas soldas e baixo custo;
Grande flexibilidade e solda a maioria dos metais numa faixa grandedeespessuras.
Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido
(SMAW)
Soldagem com eletrodo revestido (SMAW)
Equipamento de Soldagem
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Fonte de energia
Corrente alternada;
Corrente contínua – polaridade direta (CC-);
Corrente contínua – polaridade inversa (CC+).
Cabos de Soldagem
Conectar o alicate de eletrodo e o grampo à fonte de energia.
Alicate de eletrodo
Alicate que permite ao soldador controlar e segurar o eletrodo.
Grampo
Dispositivo para conectar o cabo terra à peça a ser soldada.
Tipos e funções de consumíveis - Eletrodos
Didaticamente podemos classificá-las em funçõeselétricas, físicas e metalúrgicas:
Funções elétricas de isolamento e ionização
Isolamento: o revestimento é um mau condutor deeletricidade, assim isola a alma do eletrodo evitandoabertura de arco laterais. Orienta a abertura de arco paralocais de interesse.
Ionização: o revestimento contém silicatos de Na e K queionizam a atmosfera do arco. A atmosfera ionizada facilitaa passagem da corrente elétrica, dando origem a um arcoestável.
Funções físicas e mecânicas
Fornece gases para formação da atmosfera protetora dasgotículas do metal contra a ação do hidrogênio e oxigênioda atmosfera;
O revestimento funde e depois solidifica sobre o cordão desolda, formando uma escória de material não metálico queprotege o cordão de solda da oxidação pela atmosferanormal, enquanto a solda está resfriando;
Proporciona o controle da taxa de resfriamento e contribuino acabamento do cordão.
Funções metalúrgicas
Pode contribuir com elementos de liga, de maneira aalterar as propriedades da solda.
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Tipos de revestimento
Celulósico
O revestimento celulósico apresenta as seguintes características:
elevada produção de gases resultantes da combustão dos materiaisorgânicos (principalmente a celulose);
principais gases gerados: CO2, CO, H2, H2O (vapor);
não devem ser ressecados;
a atmosfera redutora formada protege o metal fundido;
o alto nível de hidrogênio no metal de solda depositado impede o usoem estruturas muito restritas ou em materiais sujeitos a trincas porhidrogênio;
alta penetração;
pouca escória, facilmente destacável;
muito utilizado em tubulações na progressão descendente;
operando em CC+, obtém-se transferência por spray.
Rutílico
O revestimento rutílico apresenta as seguintescaracterísticas:
consumível de uso geral;
revestimento apresenta até 50% de rutilo (TiO2);
média penetração;
escória de rápida solidificação, facilmente destacável;
o metal de solda pode apresentar um nível de hidrogênioalto (até 30 ml/100g);
requer ressecagem a uma temperatura relativamentebaixa, para que o metal de solda não apresenteporosidades grosseiras.
BásicoO revestimento básico apresenta as seguintes características:
geralmente apresenta as melhores propriedades mecânico-metalúrgicas entre todos os eletrodos, destacando-se a tenacidade;
elevados teores de carbonato de cálcio e fluorita, gerando um metalde solda altamente desoxidado e com muito baixo nível de inclusõescomplexas de sulfetos e fosfetos;
não opera bem em CA, quando o teor de fluorita é muito elevado;
escória fluida e facilmente destacável;
cordão de média penetração e perfil plano ou convexo;
requer ressecagem a temperaturas relativamente altas;
após algumas horas de contato com a atmosfera, requer ressecagempor ser altamente higroscópico;
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Altíssimo rendimentoO revestimento de altíssimo rendimento apresenta as seguintescaracterísticas:
adição de pó de ferro (rutílico/básico);
aumenta a taxa de deposição;
pode ou não ser ligado;
aumenta a fluidez da escória, devido à formação de óxidode ferro;
melhora a estabilidade do arco e a penetração é reduzida,principalmente com alta intensidade de corrente, o quepode minimizar a ocorrência de mordeduras;
possibilidade de soldar por gravidade (arraste);
reduz a tenacidade do metal de solda.
Classificação AWS dos eletrodos para soldagem de aços carbono e aços de baixa liga
Características do processo
Taxa de deposição: 1 a 5 Kg/h;
Espessuras soldadas: > 2mm;
Posições: Todas (Depende do revestimento)
Tipos de Juntas: Todas;
Diluição: de 10 a 30%
Faixa de corrente: 75 a 300 A.
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Aplicações típicas na indústria dopetróleo
Soldagem da maioria dos metais eligas empregadas em caldeiraria,tubulação, estruturas erevestimentos.
Vantagens
Baixo custo;
Versatilidade;
Operação em locais de difícil acesso.
Limitações
Lento devido à baixa taxa de deposição enecessidade de remoção de escória;
Requer habilidade manual do soldador.
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Segurança
Emissão de radiações visíveis e ultravioletas;
Risco de choques elétricos;
Queimaduras;
Projeções;
Gases (atmosfera protetora).