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1 - Solda por eletroescória
É um processo de soldagem no qual o coalescimento do metal-base e
do metal de enchimento é provocado com o calor gerado pelo efeito da
resistência elétrica no interior da escória em fusão.
A alimentação do eletrodo é continua no interior da escória e o calor
gerado deve ser suficiente para fundir tanto o eletrodo como o metal-
base.
O metal fundido deposita-se no fundo da junta delimitada pelas
paredes do metal-base e por duas sapatas de cobre fixas ou
deslizantes, resfriadas por circulação de água (fig. 2.6).
O processo é empregado na soldagem de peças de secções pesadas,
na posição vertical, podendo-se executar juntas de até 1000mm de
espessura em um só eletrodo.
Os e eletrodos podem ser revestidos ou não. No caso da utilização dos
eletrodos não revestidos, o fundente é suprido através do tubo de guia
(fig. 2.7).
2 - Solda por pressão
Solda a ponto
Dois elementos de liga de cobre comprimem fortemente as duas peças
sobrepostas; a ação combinada do calor desprendido pela passagem
da corrente e a força de aperto unem as duas peças, formando um
ponto de solda (f i g. 2. 8 ) .
Esse processo é empregado para soldar chapas de aço com até 5mm
de espessura, e para metais não ferrosos, com espessura até 2,5mm.
Solda por costura
Em lugar de eletrodos retos, há dois ro1etes de liga de cobre. As peças
sobrepostas vão-se movendo entre os ro1etes e, sob a ação da
corrente elétrica e pressão combinadas, vão se formando pontos
entrelaçados, que se constituem numa costura das duas peças.
Esse processo é recomendado particularmente para chapas finas de
aço e uti1izado para espessuras combinadas até 5mm. Também pode
ser usado para latão e alumínio (fig. 2.9).
Solda por relevo
Esse processo é empregado para chapas com relevos (fig. 2.10).
Vários pontos de soldas podem ser feitos simultaneamente.
Solda de topo com arco elétrico
Faz-se, primeiro, passar a corrente elétrica entre as peças a serem
soldadas para aquecer-se a zona de contato; depois, as garras afastam
as peças, abrindo um arco entre elas.O calor do arco funde o material
na zona a se soldar (fig. 2.11).
As peças são comprimidas, realizado-se a soldagem. Durante o arco, o
material fundido escorre, levando as impurezas do topo da peça; há
uma perda de materia1 que precisa ser compensada quando se deseja
um comprimento determinado das peças a se unirem.
Esse processo é utilizado para se unirem peças cilíndricas tubulares,
retangulares e perfis laminados.
3 - Soldagem por eletrogás
Neste processo, a escória formada por fundente é substituída pela
blindagem de gás de proteção, geralmente CO2 , porém a operação de
soldagem em si é bastante similar.Como no processo MAG, o CO2 tem
a função de proteger o arco elétrico gerado entre o arame de
enchimento e a poça de fusão. O gás é introduzindo na região da solda,
por meio de orifícios apropriados, existentes na sapata deslizante de
cobre.
A soldagem eletrogás é bastante utilizada nas uniões verticais de
chapas de aço de até 30mm de espessura.
Como no caso do eletroescória, este processo também proporciona
elevada eficiência e possibilidade de soldagem de juntas pesadas em
um só passe, além de dispensar preparações das juntas de solda.
A figura 2. 12 esquematiza o processo de soldagem.
4 - Soldagem Termit
É um processo de soldagem por fusão, no qual uma reação química
exotérmica é a fonte geradora de calor.
A reação química se dá em função da ignição de uma mistura metálica
que consiste de pó de alumínio, bem como óxido de ferro, na
respectiva proporção de 1 para 3.
A mistura, bem como o processo, é feita em um cadinho refratário,
localizado sobre o molde também refratário, que contém a junta que
deve ser soldada.Ao se provocar a ignição, geralmente pela inflamação
de pólvora, a reação se inicia e se propaga rapidamente através da
massa.
O alumínio, por ter maior afinidade pelo oxigênio do óxido de ferro,
provoca neste uma redução e libera uma grande quantidade de calor A
massa inteira se funde. O alumínio, por ser mais leve, flutua com a
escória, enquanto o ferro se precipita. O metal líquido é vertido no
molde, fundindo os elementos da junta e preenchendo a abertura entre
eles ( figo 2.13).
A temperatura, obtida com a reação atinge aproximadamente 2450°C.
O processo Termit é muito usado para juntas de topo de grandes
secç6es retas e necessita de pouco preaquecimento. Obtêm-se
resultados satisfatórios na soldagem de aços de baixa e alta liga, aço
fundido, cobre e alumínio.
5 - Soldagem por explosão
É um processo de soldagem que utiliza a energia liberada pela
detonação de um explosivo" para unir peças metálicas. A figura 2.14
apresenta esquematicamente o processo e seus componentes.
Ao se iniciar a ignição, uma onda de detonação é desencadeada. Tal
detonação percorre a chapa superior, a qual inicia um movimento em
grande velocidade e sob elevada pressão, chocando-se com a chapa-
base. Esse impacto é o suficiente para causar a deformação plástica
necessária à soldagem. Essa deformação plástica é produzida em
fração de segundos e as deformações inerentes ao processo dependem
do tipo da junta.
O impacto ocorre segundo um determinado ângulo (fig. 2.14) e, dessa
forma, a camada superficial da zona de contato entre as peças em
estado plástico flui na direção da propagação da onda de detonação,
realizando-se, assim, o processo de soldagem. A propagação acarreta
elevadas tensões e uma alta velocidade de escoamento, que será até
mesmo maior que a da onda de detonação, sendo semelhante a um
raio metálico que se forma na camada superior de átomos' de ambas
as chapas.
I
Os materiais, nos pontos de ligação, não se fundem; são apenas
caldeados, podendo, dessa forma, ser realizadas soldas de
combinações entre materiais metálicos, os quais, nos demais
processos, formam uma fase isotermetálica, com grande tendência a
fragilização, como, por exemplo, a solda de alumínio com aço.
Tal processo encontra maior aplicação na junção de cabos e tubos em.
assentamento (figs. 2.15 e 2.16), bem como na soldagem de grandes
áreas em chapas e também em locais onde os acessos a outros
processos ou à soldagem por fusão são difíceis. As áreas de maior
aplicação são as construções de equipamentos, tanques e recipientes,
e construção naval.
6 - Soldagem por hidrogênio atômico
Trata-se de um processo que se uti1iza de uma tocha de soldagem,
a1imentada por corrente alternada, cujo arco é gerado entre os dois
eletrodos não consumíveis de tungstênio, envolvida por atmosfera
gasosa (fig. 2.17).
O gás hidrogênio circula através de um arco elétrico. A alta
temperatura absorvida pelo gás é suficiente para provocar a
dissociação do gás. Ocorre uma reação endotérmica que absorve o
calor do arco.
O fluxo de gás choca-se diretamente contra a superfície metálica e o
hidrogênio atômico se recombina, fornecendo energia adicional para o
arco. A chama atinge a temperatura de aproximadamente 4000 a
5000°C, podendo, dessa forma, ser usada para a soldagem.
O processo trabalha numa faixa de 100 a 150A e se aplica aos aços
ligados com espessura de até 4mm. Pode ser ap1icado também em
aços-ferramenta, bem como em revestimentos de prata.
Para peças delgadas, usam-se juntas bordeadas e, para as de maiores
espessuras, utiliza-se canal em V com ângulo de abertura variando de
70 a 90°.
Possui como desvantagem a posição dos eletrodos que 1imita a
utilização em outros tipos de juntas e cordões.
Em função da elevada corrente em vazio fornecida pelo transformador,
o equipamento necessita de um dispositivo de proteção para o
soldador.
7 - Soldagem por ultra-som
Este processo de soldagem produz a união das superfícies por
intermédio de energia ultra-sônica, sob a forma de vibrações
mecânicas de alta freqüência.Tais vibrações são aplicadas sob pressão
nas peças sobrepostas. Em função disso, rompe-se a camada de óxido,
iniciando-se o processo de difusão entre as peças (fig. 2.18). O
processo é uma combinação da soldagem por atrito e pressão.
Ele atinge uma temperatura muito baixa, podendo ser aplicado a fitas,
e folhas de pequena espessura. Sua grande vantagem está na larga
faixa de aplicação, tanto a tipos de matariais, quanto a faixa de
espessura.
O processo tem sua principal aplicação em microtécnica, onde comum
a necessidade de juntas monometálicas
e bimetálicas, bem como a fabricação de semi condutores,
microcircuitos e contatos elétricos industriais.
A figura 2.19 apresenta uma radiografia de uma junta de folhas de
alumínio com O,5mm de espessura, ampliada, onde se evidencia a
zona soldada, cuja penetração na difusão é mínima.
8 - Soldagem a arco plasma
O plasma é definido como sendo o quarto estado da matéria. É o
resultado da dissociação e ionização de um gás por efeito da corrente
e1étrica e da temperatura.
O arco plasma é capaz de atingir temperaturas até 25000°C e são
resultantes da intensa geração de calor que ocorre nas recombinações
que se sucedem entre uma parte dos íons e elétrons e a parte dos
átomos.
O arco plasma, dessa forma, constitui-se num condutor elétrico. Quanto
à abertura dê arco, a soldagem plasma pode ser de dois tipos: arco
transferido e arco não transferido.
8.1 - Arco transferido
O arco é estabelecido entre um eletrodo de tungstênio não consumível
e o 'metal de base, e passa por um orifício do bico da pistola que o
restringe. Um jato de gás que passa pelo mesmo orifício e é levado a
altas temperaturas (12000 a 25000°C), passando para o estado de
plasma(Figura 2.21)
8.2 - Arco não transferido
O arco elétrico é estabelecido entre o eletrodo e a própria pistola. O
plasma é expelido da pistola em forma de chama (fig. 2.22).
8.3 - Gases de proteção
O gás plasma não é satisfatório na soldagem para a proteção da peça
de fusão e da zona de influência das elevadas temperaturas.Daí a
necessidade de se empregar um gás adicional de proteção. Como o gás
de proteção é condutor de eletricidade e também pode ionizar-se,o
arco plasma sofre influências que poderão estreitá-lo ou alargá-lo.O
argônio tem o efeito de alargar o arco, enquanto que o hélio ou uma
mistura de hélio com hidrogênio tendem a estreitá-lo.
Em função do gás de proteção, o perfil do cordão e a velocidade de
soldagem também podem ser influenciados.
Nos aços, a adição de hidrogênio (5 até 7%) reduz a tensão superficial
na poça de fusão e a tendência a mordeduras e crateras na zona de
transição do cordão.
A superfície do cordão de solda e o dosador de gás permanecem livres
de óxidos através do efeito redutor.A adição demasiada de hidrogênio
tem o efeito favorável à formação de Porosidade na solda.
Na soldagem de aços, pode ser utilizado argônio ou mistura dele com
CO2.
Para outros materiais, em função da porosidades e perigo de
fragilização, o hidrogênio pode ser adicionado em pequenas
porcentagens, porém isso não é aconselhável.A adição do hélio eleva o
custo do gás de proteção e, na polaridade invertida, dificulta a ignição.
A tabela 2.1 apresenta a composição do gás de proteção em função
dos materiais.
8.4 - Pistola de soldagem
A pistola de soldagem a plasma possui um conjunto para sustentação
do eletrodo de tungstênio, o qual conduz a corrente elétrica, bem como
passagens para os gases plasma e de proteção.
Possui também canais de circulação de água de refrigeração e um
corpo dosador de cobre com a função de constringir o arco plasma.
Na extremidade externa, possui ainda um bocal de cerâmica que tem a
função de orientar o fluxo de gases de proteção na zona de solda. A
figura 2.23 apresenta a representação esquemática parcial da pistola
de solda.
8.4 - Fonte de corrente
A fonte de energia ut i1izada é um retificador ou um gerador.
A soldagem é feita quase que exclusivamente com corrente contínua e
polaridade direta, com fonte de corrente constante.
Os retificadores têm uma voltagem de circuito em aberto que varia
entre 65 a 80V. As fontes de energia utilizadas para soldagem TIG
podem ser convertidas para so1dagem a arco plasma. Entretanto,
devem sempre estar conjugadas com um sistema auxiliar para
abertura de arco, que é uma peça essencial do equipamento para a
soldagem a arco plasma.
8.5 - Eletrodo de soldagem
O eletrodo na soldagem a plasma é utilizado somente para estabelecer
o arco elétrico.
É um eletrodo não consumível de tungstênio comercialmente puro
(99,5%), ou de tungstênio com adição de tório ou zircônio.
Estes eletrodos são os mesmos utilizados no processo TIG e são
c1assificados pela AWS A5-12.
8.6 - Correntes de soldagem
A so1dagem a arco plasma pode ser executada com correntes
extremamente baixas, se comparadas com o processo TIG. Muitas
vezes, a corrente situa-se entre 0,1 a l A. As correntes consideradas
baixas variam de 0,1 a 100A, e as altas correntes as que variam de 100
a 500A.
A corrente contínua com polaridade direta é igualmente usada, exceto
quando a soldagem é feita em alumínio, ocasião em que se utiliza a
Polaridade inversa; A polaridade direta oferece uma maior penetração,
enquanto que a polaridade inversa é adequada para a retirada das
camadas de óxido.
8.7 - Voltagem de soldagem
Os efeitos produzidos pela variação da voltagens o os mesmos
daque1es encontrados na soldagem TIG, embora os valores de
voltagem de arco aplicados sejam maiores que 50V.
8.8 - Aplicação do processo
A so1dagem a arco plasma é adaptáve1 para unir aços-carbono, aços-
liga, aços inoxidáveis, metais refratários, ligas de cobre, ligas de níquel,
ligas de alumínio e ligas de titânio.
Quanto à espessura das peças a se soldarem a faixa de aplicação varia
desde0,1 a 10m
9 - Soldagem por feixe de elétrons
É um processo de soldagem, no qual a energia é produzida pelo
impacto de um feixe de elétrons focalizado. O equipamento permite a
concentração de energia num ponto cujo diâmetro varia em torno de
0,1 a 0,2mm. Os equipamentos para execução de ta1 processo são o
emissor de elétrons, que produz e acelera o fluxo de elétrons; o
sistema de focalização e controle de feixe e a câmara de trabalho a
bomba de vácuo, que faz com fique se opere à baixa pressão (fig. 2.24)
.
A baixa pressão na câmara de traba1ho, em torno de 10- 4mbar, é
necessária para permitir a geração e passagem dos elétrons; e também
para se prevenirem danos ao catodo aquecido ou ao filamento, por
contaminação. A operação no vácuo é ideal para a soldagem em
metais sensíveis à contaminação pela atmosfera.
Tal processo se ap1ica a todos os metais em operações, que abrangem
desde a microsso1da até a so1dagem em peças com 100mm de
espessura.
10 - Soldagem por feixe de luz
É um processo de fusão no qual a fonte de energia é um raio de luz
com potência nominal de 5KW. A peça é aquecida pela transformação
da energia de radiação em calor (fig. 2.25).
A densidade de potência corresponde a 3000W/cm2, que é bem menor
que na solda a gás, cuja densidade de Potência é de 10000W/cm2.O
processo é aplicado em geral para solda e revestimentos de chapas
finas de até 1mm de espessura, assim como para a solda fraca e forte.
O equipamento deve ser blindado contra radiações; caso contrário, o
operador necessita de óculos de proteção contra radiações luminosas.
11 - Soldagem MIG/MAG
A soldagem MIG/MAG consiste na formação de um arco elétrico, alimentado de maneira contínua entre um eletrodo (arame) sem revestimento e o metal de base (peça que está sendo restaurada), até que a extremidade do arame seja fundida, formando um cordão, e solde a superfície do metal danificado.Obs.: O diâmetro aconselhável do arame é de 0,6 mm, apesar de muitas oficinas ainda trabalharem com a medida antiga de 0,8 mm. Com essa diminuição, o soldador conseguirá o mesmo cordão de solda e economizará material e trabalho na hora do acabamento.
11. 1 - Gases – A proteção do arco e da poça de fusão (metal fundido) vem de um gás alimentado externamente, que pode ser inerte, ativo ou a mistura destes.Alguns dos gases usados no processo são o argônio, hélio, Co2 (Dióxido de Carbono) e O2 (Oxigênio). A escolha de cada um interfere na formação do arco elétrico. O argônio, por exemplo, proporciona um arco mais estável e longo, que aumenta a freqüência da transferência das gotas e reduz os curtos-circuitos. Com a utilização do Co2, obtém-se um arco elétrico mais concentrado e curto, que oferece uma boa penetração. Neste caso, a transferência se dá por meio de glóbulos, que se destacam do arame (eletrodo) por pinçamento, muitas vezes lançados na direção contrária pela força do arco elétrico (de origem eletromagnética).Outras diferenças constatadas com a variação dos gases foram: com argônio puro a penetração é maior no centro e menor nas laterais; na
mistura de argônio com 25% de Co2 a profundidade é maior no centro e nas laterais, e com Co2 puro, menor no centro e maior nas laterais.
11.2 - Resíduos – É comum a formação de escórias na soldagem de alumínio e aço inox, com a solda MIG. O aparecimento de um filme vítreo de sílica, proveniente da grande quantidade de silício contido na composição do arame de aço cobreado (AWS ER 70S-6 ou ER70S-3), soldado com a MAG, também deve ser considerado e tratado como resquício.
11.3 - Versatilidade – Esse processo de soldagem cobre uma ampla faixa de espessuras materiais e pode ser automático ou semi-automático. No método semi-automático, por exemplo, o arame é alimentado automaticamente através de uma pistola. O soldador controla a inclinação e a altura bocal em relação à peça, a velocidade de deslocamento (avanço) e os movimentos pendulares.
11.4 - Equipamento – O aparelho para soldagem MIG/MAG consiste de uma tocha, uma fonte de energia, um sistema de refrigeração da tocha, um dispositivo (cabeçote) controlador do arame e um sistema de injeção de gases.A tocha contém um cabo de passagem de corrente elétrica, um cabo guia de arame, uma mangueira para levar o gás de proteção até a área de soldagem e outra com água para refrigeração da tocha.O arame eletrodo recebe a corrente no bico de contato , que tem como função canalizar o gás em torno da poça de fusão.
MIG MAG
Metal Inerte Gás -Usa gás inerte ou mistura inertes como proteção do arco elétrico e da poça de fusão.
Metal Ativo Gás - Usa gás ativo ou mistura de gases como proteção do arco elétrico e da poça de fusão.
12 - Soldagem por arco submerso
A soldagem por arco submerso difere de outros processos na formação
de sua atmosfera protetora. Nela, é usada uma cobertura de material
granular fundível para proteger o arco e a peça de fusão.
A proteção de fundente é vantajosa em relação à proteção gasosa,
para trabalhos compostos a correntes de ar. Porém, o fundente limita a
utilização do processo às posições plana e horizontal em soldas de
filete.
O processo fornece ainda uma alta taxa de deposição e penetração.
Isso é conseguido pelas altas correntes que podem ser utilizadas,
devido à pequena distância entre o fim do eletrodo e o seu contato
elétrico.As altas correntes resultam em alta energia de soldagem, a
qual afeta a microestrutura do metal, o que é inconveniente.
12.1 - Princípio do processo
O calor necessário à fusão do eletrodo e do metal-base é originado pela
passagem de alta amperagem em corrente contínua ou alternada do
eletrodo para a peça. Devido à presença do fluxo que age como
fundente e também como isolante térmico,na forma sólida, o intenso
calor gerado fica concentrado, fundindo o eletrodo e o metal-base e
formando a poça de fusão. A parte do fluxo fundido flutua sobre a poça
absorvendo impurezas, refinando o metal pela formação de ligas,
quando desejado, e isolando-o da presença da atmosfera e outros
gases.
A figura 2.1 esquematiza o processo e princípio de funcionamento do
arco submerso.
12.2 - Equipamentos para soldagem
A soldagem por arco submerso pode ser executada em operações
semi-automica ou automática, sendo esta última a mais utilizada, por
fornecer maiores vantagens.
Na soldagem semi -automática, o soldador guia manualmente uma
pistola de soldagem, que alimenta o fundente e o eletrodo, e controla o
seu deslocamento longitudinal pela junta.
Em soldagem automática, o equipamento alimenta o guia, o eletrodo e
o fundente de forma automática ao longo da junta e ainda controla a
taxa de deposição do metal.
A velocidade de alimentação do arame é constante e selecionada em
função da corrente de soldagem. Com esse tipo de alimentação,
consegue-se uma maior estabilidade do arco e soldas mais uniformes.
A figura 2.2 fornece uma idéia dos componentes do equipamento de
soldagem utilizada.
12.3 - Aplicação do processo
A soldagem por arco submerso é grandemente aplicada nos trabalhos
industriais. Com a seleção adequada de equipamento e parâmetros de
soldagem, pode ser usado em todos os tipos de juntas, em uma grande
variedade de aços carbono de baixa liga e também nos aços
inoxidáveis. O processo pode ser usado para soldar secções de
aproximadamente 1,5 até acima de 200mm.
Esse processo é também aplicado nos revestimentos superficiais
resistentes à corrosão. Nesse caso,pode-se variar o processo, usando-
se eletrodos múltiplos (fig. 2.3), ou ainda, substituindo-os por fitas
metálicas, com as quais se obtém uma maior taxa de deposição do
material.
As figuras 2.4 e 2.5 apresentam algumas aplicações do uso de fitas
simples ou duplas com eletrodos.
Nesse tipo de trabalho, é preferível autilização da corrente continua de
polaridade direta, uma vez que não se deseja uma grande penetração
da solda no metal-base.
13 - Soldagem elétrica com eletrodo revestido
13.1 - Introdução a Tecnologia de Soldagem
O processo de soldagem por arco elétrico com eletrodo revestido consiste, basicamente, na abertura e manutenção de um arco elétrico entre o eletrodo revestido e a peça a ser soldada.
O arco funde simultaneamente o eletrodo e a peça. O metal fundido do eletrodo é transferido para a peça, formando uma poça fundida que é protegida da atmosfera (O2 e N2) pelos gases de combustão do revestimento. O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas, recebem uma proteção adicional através do banho de escória, que é formada pela queima de alguns componentes do revestimento.
13.2 - FUNDAMENTOS DO PROCESSO
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. Antes do estudo propriamente dos revestimentos e suas funções, são apresentados os inconvenientes da soldagem 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 serão 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, são queimados 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 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 consequências 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 identificavel 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, a resistência à fadiga e a resiliência. Em suma, quando o teor de Nitrogênio ultrapassa o valor de 0,03% há uma diminuição nos valores das propriedades mecânicas.
13.3 - Equipamentos
Para além dos eletrodos revestidos e das fontes de energia, são essenciais para o funcionamento do processo a presença dos cabos para transporte da energia e do porta eletrodos. É conveniente lembrar que
as recomendações de segurança na utilização destes componentes.
PORTA-ELETRODOS
Os porta-eletrodos servem 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 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.
CABOS FLEXÍVEIS
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) 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.
Os diâmetros dos cabos dependem basicamente dos seguintes aspectos:
Corrente de soldagem, Ciclo de trabalho do equipamento,
comprimento total dos cabos do circuito e fadiga do operador
Estes quatro ítens 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 ítem é exatamente o oposto, pois ocorre aqui o mesmo que com os porta- 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 - DIÂMETROS RECOMENDADOS DE CABOS PARA SOLDAGEM, à seguir, indica os diâmetros recomendados em função da corrente, fator de trabalho e, principalmente, comprimento do cabo.
TABELA - DIÂMETROS RECOMENDADOS DE CABOS PARA SOLDAGEM
Corrente de soldagem
Ciclo de trabalho
Diâmetro do cabo (mm) em função de seu comprimento (m)
(A) (%) 0-15 15-30 30-46 46-61 61-76
100 20 4 5 6 6.5 7.5
180 20-30 5 5 6 6.5 7.5
200 60 6.5 6.5 6.5 7.5 8
200 50 6 6 6.5 7.5 8
250 30 6 6 6.5 7.5 8
300 60 8 8 8 9 10
400 60 9 9 9 10 12
500 60 9 9 9 10 12
600 60 9 9 9 12 2 X 10
CONSUMIVEIS
Os eletrodos revestidos são constituídos de uma alma metálica rodeada de um revestimento composto de matérias orgânicas e/ou minerais, de dosagens bem definidas.
O material da alma metálica depende do material a ser soldado, podendo ser da mesma natureza ou não do metal de base, uma vez que há a possibilidade de se utilizar revestimentos que complementem a composição química da alma.
Para os materiais mais comumente soldados, os tipos de almas utilizados são os que aparecem na Tabela MATERIAIS DA ALMA DOS REVESTIMENTOS.
TABELA - MATERIAIS DA ALMA DOS REVESTIMENTOS
MATERIAL A SOLDAR
MATERIAL DA ALMA
Aço doce e baixa liga
Aço efervescente (C < 0,10 %)
Aços inoxidáveis Aço efervescente ou aço inoxidável
Ferros fundidosNíquel puro, liga Fe-Ni, Ferro fundido, aço, bronze, etc.
Os revestimentos por sua vez são muito mais complexos em sua composição química, pois como eles tem diversas funções, estas são conseguidas com a mistura dos diversos elementos adicionados. Iniciaremos estudando as funções dos revestimentos, para em seguida estudar os tipos e elementos químicos utilizados para atingi-las.
FUNÇÕES DOS REVESTIMENTOS
Os revestimentos apresentam diversas funções, que podem ser classificadas nos seguintes grupos:
FUNÇÃO ELÉTRICA
Como já dito, em trabalhos com corrente alternada, utilizando-se um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção, é impossível estabelecer um arco elétrico. Porém, graças à ação ionizante dos silicatos contidos no revestimento, a passagem da corrente alternada é consideravelmente facilitada entre o eletrodo e a peça à soldar.
Assim, a presença do revestimento no eletrodo permitirá:
A utilização de tensões em vazio baixas, mesmo em trabalhos com corrente alternada (40 a 80 V), possibilitando assim uma redução
do consumo de energia no primário e um considerável aumento da segurança do soldador e,
A continuidade e conseqüentemente a estabilidade do arco.
FUNÇÃO METALÚRGICA
O revestimento ao fundir cria uma "cratera" e uma atmosfera gasosa que protegem a fusão da alma contra o Oxigênio e Nitrogênio do ar. Ele depositará "escória" que é mais leve que o metal fundido e que protegerá o banho de fusão não somente contra a oxidação e nitretação, mas também contra um resfriamento rápido. A escória constitui um isolante térmico que terá as seguintes funções:
Permitir a liberação dos gases retidos no interior do metal depositado, evitando com isto a formação de poros, e,
Minimizar o endurecimento do material depositado por têmpera, têmpera esta conseqüência de um rápido esfriamento.
FUNÇÃO MECÂNICA E OPERATÓRIA
Durante a fusão dos eletrodos ocorre em sua extremidade uma depressão que chamamos de cratera.
A profundidade desta cratera tem influência direta sobre a facilidade de utilização do eletrodo, sobre as dimensões das gotas e a viscosidade da escória.
Um eletrodo de boa qualidade deve apresentar a cratera mais profunda e as gotas mais finas.
Além disto, a cratera servirá também para guiar as gotas do metal fundido como pode ser visto na Figura - Influência da profundidade da cratera na utilização do eletrodo.
Figura - Influência da profundidade da cratera na utilização do eletrodo
TIPOS DE REVESTIMENTOS
O diâmetro indicado de um eletrodo corresponde sempre ao diâmetro da alma. Os diâmetros de mercado variam na faixa de 2 a 6 mm, embora existam eletrodos especiais com dimensões diferentes destas.
Conforme a espessura do revestimento, pode-se classificar os eletrodos nos seguintes tipos.
Peculiar ou fino: revestimento é o menos comum de todos. Tem a espessura menor do que 10% do diâmetro da alma, e por isto, é o que requer a menor intensidade de corrente para ser fundido. Este eletrodo não apresenta a formação de cratera. Por cratera pode-se entender a medida indicada na cota da Figura - Influência da profundidade da cratera na utilização do eletrodo.
Semi-espesso: Eletrodos em que a faixa de espessura do revestimento encontra-se entre 10 a 20% do diâmetro da alma. Sua fusão requer um valor de corrente ligeiramente superior ao tipo anterior. A cratera formada por este eletrodo é a menor de todos os tipos.
Espesso: Eletrodos em que a faixa de espessura do revestimento encontra-se entre 20 a 40% do diâmetro da alma. Sua fusão requer um valor de corrente ainda maior, e a cratera formada pode ser considerada como média
Muito Espesso: Esta classificação engloba os revestimentos em que a faixa de espessura do revestimento seja maior que 40% do diâmetro da alma. Requer as maiores intensidades de corrente para ser fundido e apresenta uma cratera que podemos considerar como profunda.
A intensidade de corrente necessária para a fusão dos eletrodos variará conforme uma série de fatores que veremos adiante, porém tomando por base apenas esta classificação dos tipos de revestimento, é possível estabelecer regras práticas que indicarão a corrente adequada para o trabalho, uma vez que para todos eletrodos, existem os limites máximos e mínimos de corrente. Por valor máximo pode-se definir um valor a partir do qual o eletrodo crepita dificultando a operação de soldagem e ocorre a danificação do revestimento (queima antes de sua efetiva utilização), e por limite mínimo um valor em que o arco fique muito difícil de se estabelecer.
Para os eletrodos de revestimento muito espesso pode-se considerar a fórmula apresentada a seguir:
I = (40 a 60) * (d-1)
onde:
I = Intensidade de corrente necessária para a soldagem do eletrodo.d = Diâmetro da alma do eletrodo.
Tomando como base um eletrodo com o diâmetro de 4 mm, as intensidades de corrente recomendadas de acordo com o tipo de revestimento, seriam as seguintes:
VALORES DE REFERÊNCIA PARA ELETRODOS DE 4mm.
TIPO DO REVESTIMENTO
INTENSIDADE DE CORRENTE
Fino 130 A
Semi espesso 150 A
Espesso 170 A
Muito espesso 200 a 220 A
É importante destacar que tanto a regra como a tabela apresentada, não são válidas para eletrodos que contenham elevado teor de pó de Ferro no revestimento, pois estes necessitarão de maiores valor de intensidade de corrente.
Além da classificação por dimensões, os revestimentos podem ainda ser classificados em relação a sua composição química do seu revestimento.
Na composição química do revestimento de um eletrodo, são utilizados diversos componentes químicos com diferentes funções como pode ser visto na tabela 3.
TABELA ELEMENTOS ADICIONADOS NO REVESTIMENTO
FUNÇÕES BUSCADAS ELEMENTOS ADICIONADOS
Formadores de gás Celulose, dolomita, CaCo3, etc.
Formadores de escória e materiais fundentes
Argila, talco, TiO2, CaCo3, SiO2, Fe-Mn, FeO, feldspato, asbestos, etc.
Estabilizadores de arco TiO2, ilmenita, silicatos de Na e K, etc.
Desoxidantes Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Cr, etc.
Elementos de liga Fe-Ni, Fe-Mn, Fe-Cr, etc.
Nesta classificação, o elemento que se encontra em maior teor no revestimento é aquele que será utilizado como base. Assim também será possível separar os eletrodos em função de sua composição química. Esta classificação é a mais importante, pois é a que servirá de base para as normas internacionais.
Os grupos de revestimentos segundo esta classificação são apresentados a seguir:
Revestimento Oxidante : Este revestimento é constituído principalmente de óxido de Ferro e Manganês. Produz uma escória oxidante, abundante e de fácil destacabilidade. Este eletrodo pode ser utilizado nas correntes contínuo ou alternado, e apresentam uma baixa penetração. O metal depositado possui baixos teores de Carbono e Manganês e, embora os aspectos das soldagens produzidos em geral sejam muito bons, não é o eletrodo adequado para aplicações de elevado risco. Atualmente, a utilização desta forma de revestimento está em decréscimo.
Revestimento Ácido: Este revestimento é constituído principalmente de óxido de Ferro, Manganês e sílica. Produz uma escória ácida, abundante e porosa e também de fácil remoção. Este eletrodo pode ser utilizado nos dois tipos de corrente, apresenta penetração média e alta taxa de fusão, causando por um lado uma poça de fusão volumosa, e em conseqüência disto a limitação da aplicação as posições plana e filete horizontal. As propriedades da solda são consideradas boas para diversas aplicações, embora sua resistência à formação de trincas de solidificação seja baixa. Apresentam também uma muito boa aparência do cordão.
Revestimento Rutílico : Este revestimento contém grandes quantidades de rutilo (TiO2 - óxido de Titânio), e produz uma escória abundante, densa e de fácil destacabilidade. Estes eletrodos caracterizam-se por serem de fácil manipulação, e por poderem ser utilizados em qualquer posição, exceto nos casos em
que contenham um grande teor de pó de Ferro. Utilizados em corrente contínua ou alternada produzirão um cordão de bom aspecto, porém com penetração média ou baixa. A resistência à fissuração a quente é relativamente baixa, e estes eletrodos são considerados de grande versatilidade e de uso geral.
Revestimento Básico: Este revestimento contém grandes quantidades de carbonatos (de Cálcio ou outro material) e fluorita. Estes componentes são os responsáveis pela geração de escória com características básicas que, em adição com o dióxido de Carbono gerado pela decomposição do carbonato, protege a solda do contato com a atmosfera. Esta escória exerce uma ação benéfica sobre a solda dessulfurando-a e reduzindo o risco de trincas de solidificação. Este revestimento desde que armazenado e manuseado corretamente, produzirá soldas com baixos teores de hidrogênio minimizando com isto os problemas de fissuração e fragilização induzidos por este elemento. A penetração é média e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas, particularmente em relação a tenacidade. Os eletrodos com este revestimento são indicados para aplicações de alta responsabilidade, para soldagens de grandes espessuras e de elevado grau de travamento. Para além disto, é recomendado para soldagem de aços de pior soldabilidade como por exemplo os aços de alto teor de Carbono e/ou Enxofre ou aços de composição química desconhecida.Por outro lado, este é o revestimento mais higroscópico de todos. Isto requererá cuidados especiais com o armazenamento e manuseio.
Revestimento Celulósico: Este revestimento contém grandes quantidades de material orgânico (como por exemplo celulose), cuja decomposição pelo arco gera grandes quantidades de gases que protegem o metal líquido. A quantidade de escória produzida é pequena, o arco é muito violento causando grande volume de respingos e alta penetração, quando comparado a outros tipos de revestimentos.O aspecto do cordão produzido pelos eletrodos com este tipo de revestimento não é dos melhores, apresentando escamas irregulares. As características mecânicas da solda são consideradas boas, com exceção da possibilidade de fragilização pelo Hidrogênio. Estes eletrodos são particularmente recomendados para soldagens fora da posição plana, tendo grande aplicação na soldagem circunferencial de tubulações e na execução de passes de raiz em geral.Devidas sua elevada penetração e grandes perdas por respingos, não são recomendados para o enchimento de chanfros.
Nos casos das soldagens de aços, podemos ainda ter os tipos acima com adição de outros elementos de liga que teriam funções especiais durante a deposição. O caso mais comum destes é a adição de pó de
Ferro. Durante a soldagem, o pó de Ferro é fundido e incorporado à poça de fusão, causando as seguintes consequências:
melhora o aproveitamento da energia do arco. aumenta a estabilização do arco (pelo menos em adições de até
50% em peso no revestimento). torna o revestimento mais resistente ao calor, o que permite a
utilização de correntes de soldagem com valores mais elevados. aumenta a taxa de deposição do eletrodo.
Porém, como ocorre em diversas outras coisas, a adição de pó de Ferro no revestimento causará também alguns pontos desfavoráveis que são os seguintes:
aumento da poça de fusão aumento do grau de dificuldade de controlar a poça de fusão,
dificultando ou mesmo impossibilitando a soldagem fora da posição plana.
Vistas então as diferentes formas como os eletrodos podem ser classificados quanto ao seu revestimento, são apresentadas à seguir as especificações mais utilizadas para identifica-los.
ESPECIFICAÇÕES AWS PARA ELETRODOS REVESTIDOS
A AWS - American Welding Society (Sociedade Americana de Soldagem - o equivalente à nossa Associação Brasileira de Soldagem) criou um padrão para a identificação dos eletrodos revestidos que é aceito, ou pelo menos conhecido, em quase todo o mundo. Devido a simplicidade, e talvez o pioneirismo, esta é a especificação mais utilizada no mundo atualmente para identificar eletrodos revestidos.
Estas especificações são numeradas de acordo com o material que se pretende classificar, conforme a TABELA ESPECIFICAÇÕES AWS PARA ELETRODOS REVESTIDO.
TABELA ESPECIFICAÇÕES AWS PARA ELETRODOS REVESTIDOS
REF. AWS
Eletrodos para:
A 5.1 Aços ao Carbono
A 5.3 Alumínio e suas ligas
A 5.4 Aços inoxidáveis
A 5.5 Aços baixa liga
A 5.6 Cobre e suas ligas
A 5.11 Níquel e suas ligas
A 5.13 Revestimento (alma sólida)
A 5.15 Ferros fundidos
A 5.21revestimento (alma tubular com carbonetos de Tungstênio)
Entre estas especificações as mais populares são as utilizadas para aço Carbono (AWS A 5.1), as utilizadas para aços de baixa liga (AWS A 5.5), e as utilizadas para aços inoxidáveis (AWS A 5.4).
A primeira (AWS A 5.1), tem uma forma simples de ser interpretada que pode ser vista na figura 2 a seguir. A especificação para aços de baixa liga (AWS A 5.5) é muito semelhante a anterior, utiliza exatamente a mesma base e adiciona no fim um hífen e alguns dígitos (entre um e três podendo ser letras e números ou somente letras) que indicarão a presença e quantidade do elemento de liga adicionado no revestimento do eletrodo. Na tabela 5 são apresentados os significados dos sufixos desta norma.
Figura - Norma AWS A 5.1
TABELA SIGNIFICADO DOS SUFIXOS DA ESPECIFICAÇÃO AWS A 5.5
B2L - idem ao B2 c/ C máx. de 0,05%
Erro! Indicador não definido. A1- 0,5% Mo
B4 - 2% Cr e 0,5% Mo
C3 - 1,0% Ni, 0,35% Mo e 0,15% Cr
B1 - 0,5% Cr e 0,5% Mo
B4L - 2% Cr e 0,5% Mo c/ C max. de 0,05%
D1 - 1,5% Mn e 0,35% Mo
B2 - 1,25% Cr e 0,50% Mo
B5 - 0,5% Cr e 1,0% Mo
D2 - 1,75% Mn e 0,35% Mo
B2L - ídem ao B2 c/ C2 máx de 0,005%
C1 - 2,5% NiG - min. de 0,5% Ni ou 0,3 Cr ou 0,2% Mo ou 0,1% V ou 1,0% Mn
B3 - 2,25% Cr e 1% Mo
C2 - 3,5% Ni M - especif. militar USA
Finalizando, a interpretação da especificação de eletrodos para aços inoxidáveis (AWS A 5.4), pode ser vista na Figura - Norma AWS A 5.4.
Figura - Norma AWS A 5.4.
Uma vez vista a forma como é feita a identificação conforme a norma mais usual, são a seguir apresentados e comentados alguns eletrodos classificados conforme especificação AWS A 5.1.
CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS ELETRODOS PARA AÇO CARBONO
E 6010 (Na)E 6011 (K)
Grande penetração, solda em todas as posições, facilidade a produzir transferência metálica por spray (desde que se utilize valores de corrente adequados), escória de pequeno volume e aspecto vítreo, boas propriedades mecânicas, alto teor de umidade: E 6010 =>3 a 5% ; E 6011 => 2 a 4%, principal constituinte: celulose.
E 6012E 6013
Média penetração, escória viscosa e densa, o E 6012 pode ser utilizado em correntes relativamente altas já que seu revestimento possui pequenas proporções de celulose e uma grande proporção de materiais refratários, o E 6013 possui mais K que torna o arco mais estável.
E 6020
Média a profunda penetração, transferência por spray, escória espessa e de fácil remoção, revestimento ricas em óxido de Ferro e Manganês, altas taxas de deposição e poça de fusão com metal muito fluido, o que obrigará operar nas posições plana ou filete horizontal.
E 7016
Possui pouco ou nenhum elemento gerador de hidrogênio no arco (celulose, asbestos), são cozidos em temperaturas entre 500 a 600° C para minimizar a retenção de água pelo revestimento, por isto, são recomendados para a soldagem de aços susceptíveis à trinca a frio.
Eletrodos com pó de Ferro: E 7014, E 7018, E 7024, E 7027, E 7028, etc.
Elevadas taxas de deposição, trabalha com elevados valores de corrente, quando o teor de pó de Ferro ultrapassa os 40% a soldagem só é recomendada na posição plana, revestimento espesso => melhor proteção e técnica de soldagem por arraste.
Algumas das aplicações em que podem ser utilizados estes eletrodos são apresentadas na tabela.
TABELA DESEMPENHO DE ALGUNS ELETRODOS EM DIFERENTES APLICAÇÕES
Aplicações601
0601
1601
3701
6701
8702
4
Aço com Enxofre alto ou sem analise química
na na 3 10 9 5
Alta ductilidade 6 7 5 10 10 5
Alta penetração 10 9 5 7 7 4
Alta resistência ao impacto 8 8 5 10 10 9
Alta taxa deposição 4 4 5 4 6 10
Espessura fina, probabilidade de distorção
5 7 9 2 2 7
Espessura grossa, alta restrição 8 8 8 10 9 7
Facilidade remoção de escória 9 8 8 4 7 9
Filete 1G/2G alta produtividade 2 3 7 5 9 10
Filete todas posições 10 9 7 8 6 na
Pouca perda por respingos 1 2 7 6 8 9
Topo posição plana e < 6.0 mm 4 5 8 7 9 9
Topo todas pos. e < 6.0 mm 10 9 8 7 6 na
Os valores estão correspondidos entre 10 (aplicação fortemente indicada) a 1 (aplicação não recomendada). A sigla "na" significa "não aplicável".
MANUTENÇÃO E CUIDADOS COM OS ELETRODOS
Caso não sejam tomados os adequados cuidados no armazenamento e manuseio, os eletrodos revestidos podem se danificar. Parte ou todo o revestimento pode se danificar, principalmente nos casos de dobra ou choque do eletrodo. Sempre que se observar qualquer alteração no estado do eletrodo, este não deve ser utilizado em operações de responsabilidade.
A umidade em excesso no revestimento dos eletrodos (principalmente os básicos), é de uma forma geral, prejudicial a soldagem. Ela pode levar a instabilidade do arco, formação de respingos e porosidades principalmente no início do cordão e a fragilização e fissuração pelo Hidrogênio.
O nível de umidade pode ser medido em laboratórios conforme estipulado na norma AWS A5.5-81. Pode também ser estimado praticamente, quando o teor de umidade for suficientemente alto, por duas diferentes maneiras:
Verificação do comportamento do eletrodo durante a soldagem. Os eletrodos úmidos, em geral, geram um som explosivo e, quando a umidade for excessiva, haverá, no início da soldagem, desprendimento de vapor d'água do eletrodo. Além disto, ocorrendo a interrupção da soldagem com um eletrodo úmido, o revestimento tende a trincar longitudinalmente.
Verificação do som produzido pelo choque de dois ou mais eletrodos. Dois eletrodos úmidos ao se tocarem geraram um som mais abafado e grave do que eletrodos secos, que por sua vez produzem um som mais agudo e metálico.
Devido aos citados problemas causados pela umidade, os eletrodos devem de preferência ser adquiridos em embalagens hermeticamente
fechadas e armazenados em ambientes controlados, de modo a serem evitados danos e contatos com a umidade do ar. Por ambientes controlados, entende-se ambientes com umidade relativa do ar menor do que 50%. As embalagens dos eletrodos são consideradas totalmente estanques enquanto fechadas. Após abertas, perdem a capacidade de executar uma adequada armazenagem, e os eletrodos devem ser mantidos em estufas.
Com a globalização da economia, abrindo as portas do pais a importação, a indústria brasileira se depara com a concorrência de produtos produzidos em outros países com qualidade melhor e custos menores, induzindo as empresas nacionais a buscarem soluções que agilizem seus processos produtivos, melhorando a qualidade e baixando os custos. Dentro dessa filosofia de trabalho, esta inserido o treinamento dos recursos humanos, no intuito de dotar o homem de informações tecnológicas e de sistemas de garantia da qualidade que promova um sinergismo dentro da empresa melhorando a qualidade do produto.
Dentro dessa temática, os processos de soldagem tem grande participação, haja visto que em quase todos processos produtivos a soldagem tem papel relevante tomando-se como exemplo a indústria automobilística, onde tempos atrás a soldagem era executada quase que manualmente. Hoje essa soldagem e feita por robôs.
Mesmo nos processos de soldagem não automatizados, uma normalização e necessária no intuito de assegurar qualidade ao produto.
Dentro dessa nova premissa, os profissionais envolvidos na área de soldagem, tem um papel preponderante a desempenhar. Haja visto que acordamos recentemente para os nossos problemas, tanto estruturais como de ordem tecnológica.
Para os profissionais da área de soldagem o conceito de soldabilidade e de extrema importância já que a soldabilidade pode ser conceituada conforme a Tabela Conceito de Soldabilidade.
TABELA CONCEITO DE SOLDABILIDADE
Soldabilidade
CondiçõesTecnologias especificas
Construtiva Projeto: Forma, Dimensão Concepção
mecânica do conjunto soldado
OperatóriaEquipamentos, mão de obra, tecnologia operacional
Fabricação e montagem
MetalúrgicaAnalise química, espessura, ciclo térmico, transformações metalúrgicas, aplicações especificas
Metalurgia das ligas
Baseando-se nesse enfoque de soldagem, podemos fazer projeção das atividade e os caminhos a percorrer para equalizar um sistema a implantar que garanta o conceito de qualidade e produtividade.
14- Soldagem por fusão a gás
A soldagem a gás é normalmente aplicada aos aços carbono, não-
ferrosos e ferros fundidos.
Nas indústrias petroquímicas, é ai amplamente utilizada na soldagem
de tubos de pequenos diâmetros e espessura, e na soldagem de
revestimentos resistentes a abrasão. Pode também ser utilizada na
soldagem de outros materiais, variando-se a técnica, pré-aquecimento,
tratamentos térmicos e uso de fluxos.
A soldagem por fusão a gás, também chamada autógena, processa-se
mediante a fusão do material, através do auxílio de uma chama
constituída de gás e oxigênio de elevada temperatura (fig. 3.1).
Os gases combustíveis, por exemplo, hidrogênio, propano e acetileno,
são aplicados na soldagem. O acetileno é empregado, principalmente,
por se obter um bom rendimento e elevadas temperaturas.
O acetileno (C2H2) é um hidrocarboneto que contém, em peso, uma
porcentagem maior de carbono que qua1quer outro gás hidrocarboneto
combustível. É incolor e menos denso que o ar. Quando gasoso, é
instável, se sua temperatura excede 780°C ou sua pressão
monométrica sobe acima de 20N/ cm2. Uma decomposição explosiva
pode ocorrer mesmo sem a presença do oxigênio. O acetileno deve ser
manuseado cuidadosamente.
O acetileno no tocante às suas propriedades, é superior aos demais
gases e oferece uma série de vantagens em comparação com o
propano e hidrogênio.O acetileno é obtido através da ação da água em
combinação com o carboneto de cálcio.
14.1 - Algumas vantagens deste processo
Custo relativamente baixo.
A altamente portátil e de fácil transporte.
Soldagem possível em todas as posições.
Equipamento versátil, pois pode ser utilizados em operações de
brasamento, corte a chama e fonte de calor para preaquecimento.
. Pode ser utilizado para soldar peças de espessuras finas e médias.A
principal desvantagem do processo é o grau elevado de habilidade
requerida do soldador, uma vez que ele deve controlar a temperatura,
posição e direção da chama, além de manipular o metal de adição.
14.2 - Equipamentos
Garrafas de acetileno
O acetileno é fornecido em garrafas de aço (fig. 3.2), com uma
capacidade de 40L, a qual é preenchida internamente por uma massa
porosa de 16L de acetona. Ele é solubilizado na acetona pois
normalmente o acetileno puro só pode ser comprimido até 1,5 bar sem
que ocorra prob1emas, o que significa baixo conteúdo. O acetileno
solbilizado na acetona pode ser comprimido sem problemas a 15bar,
ocorrendo assim 6000L de gás acetileno por garrafa O consumo de
acetileno não deve ser superior a 1000L/h.
As garrafas, cuja cor é vermelha, devem ficar na posição vertical e
nunca exposta ao sol.
O acetileno combinado com o ar em torno de 2 a 82% torna-se
inflamável e explosivo.
Garrafa de Oxigênio
Possui um conteúdo de 40L, numa pressão de 150bar, e uma
quantidade de 6000L de gás.
Não deve ter graxa ou óleo nas válvulas, pois provoca combustão.Não
deve ser utilizados mais de 1200 a 1500L,/h, por curto espaço de
tempo. .
A garrafa de oxigênio é de cor azul.
Maçarico de soldar
O maçarico de soldar (figs. 3.3, 3.4) composto de um dosador, onde o
oxigênio circula numa pressão de 2-5bar, provocando uma depressão
que arrasta o acetileno (O,4bar), formando a mistura. A mistura circula
até o bi co de maçarico, em condições para iniciar a chama.
O fluxo de mistura gasosa deverá sair do bico do maçarico, com uma
velocidade que depende da pressão necessária para soldar.
A velocidade do fluxo deve ser maior que a propagação da combustão
do gás empregado, para se evitar o retrocesso da chama.
Condições de trabalho
De acordo com o orifício, é possível graduar a pressão de trabalho a
qual estará em estreita relação com o metal-base (tabela 3.1).
Espessura do
material em mm
Número dobico
Pressãode
oxigênio em
atm aprox.
Pressão de
acetileno em bar
Diâmetro
doorifício dobico em
mm
Consumo de oxigênio em litros/horas
0,5-1 1 1 0,2 0,74 100
1-1,5 2 1 0,2 0,93 150
1,5-2 3 1,5 0,25 1,20 225
2-3 4 2 0,3 1,4 300
3-4 5 2,5 0,4 1,6 400
4-5 6 3 0,45 1,8 500
5-7 7 3 0,48 2,1 650
7-11 8 3,5 - 0,5 2,3 800
11-15 9 4 0,52 2,5 900 14.3 - Equipamentos auxiliares Reguladores de pressão
É acessório que permitem reduzir a elevada e variável pressão do
cilindro a uma pressão de trabalho adequada para a soldagem e
manter essa pressão constante durante o processo (fig. 3.5).
Tipos de pressões
São três os tipos de pressões de trabalho do acetileno:
Alta pressão
Quando o acetileno trabalha na faixa de 3 a 5N/cm2.
Média pressão
Quando o acetileno trabalha na faixa de 1 a 3N/cm2.
Baixa pressão
Praticamente sem grande ap1icação na industria,ocorre quando o
acetileno é mantido a uma pressão comum, desconsiderando-se as
perdas das válvulas condutoras.
Manômetro de alta e baixa pressão
O manômetro de alta pressão marca o conteúdo de gás contido no
ci1indro; o de baixa marca a pressão necessária ao trabalho, a qual é
regulada de acordo com o bico e o material base a ser usado (fig. 3.6).
Válvula de segurança
A válvula de segurança permite a sai da do gás em caso de
superpressão (fig. 3.7).
É um equipamento de grande importância no à segurança do operador
no posto de trabalho.
Soldagem oxiacetilênica 14.4 - Fase de combustão
O oxigênio e o acetileno são retirados das garrafas. A mistura obtida
queima-se em duas fases.
A chama para soldar é ajustada ou regulada através do maçarico. Para
que se obtenha uma combustão completa, para uma parte de
acetileno, necessita-se de 2,5 partes de oxigênio. Para a regulagem da
chama de solda, misturam-se oxigênio e acetileno na proporção de 1:1.
A combustão nesta primeira fase é incompleta.
Os gases resultantes dessa combustão, monóxido de carbono e
hidrogênio, ainda são combustíveis; ao retirarem o oxigênio do ar,
completam a combustão, formando o período e caracterizando uma
segunda fase da combustão.
Essa eliminação de oxigênio do ar oferece uma peça de fusão limpa
(efeito redutor).
Como resíduos da combustão do CO e H2' combinados com o oxigênio,
resultam CO2 e H20.
Equações da combustão
A figura 3.8 apresenta as diversas faixas de temperaturas nas diversas
regiões da chama.
Em função do gráfico, pode-se posicionar a chama, para se obter a
temperatura máxima que é de aproximadamente 3200°C.
Chama oxiacetilênica
A quantidade de calor produz ido da chama depende da quantidade de
gás que é queimado.
A temperatura alcançada depende do combustível,da regulagem dos
gases e pela chama utilizado.
Ignição e extinção da chama
Deve-se observar a seguinte seqüência para acender o maçarico.
Primeiro, abre-se o oxigênio e, em segundo lugar, o gás acetileno. Para
se extinguir a chama, fecha-se primeiro o gás acetileno, em seguida, a
válvula de oxigênio.
Regulagem de chama
Entende-se por regulagem da chama a variação da proporção entre os
gases. Para cada proporção entre os gases, obtém-se também uma
variação do tipo de chama e com isso uma respectiva variação da sua
temperatura.
Tipos de chamas
As características da chama oxiacetilênica variam com relação à
mistura de oxigênio e acetileno, conforme as figuras 3.9, 3.10 e 3.11.
Segundo essa relação, as chamas podem ser carburizante, neutra e
oxidante.
Chama carburizante
Tem a tendência de provocar a carbonetação do metal em fusão,
devido ao excesso de acetileno (fig. 3.9). Possui pouca utilização;
geralmente é usada em alumínio e ferro fundido maleável.
Possui acetileno em excesso, em relação ao oxigênio.
Chama neutra
É obtida através da relação 1: 1 entre oxigênio e acetileno.Possui um
cone interno bem definido,de um branco intenso. É empregada
amplamente para soldar e aquecer. Em função de sua neutralidade,
ocorre uma atmosfera de proteção da solda. Possui uma grande
aplicação nos materiais ferrosos em geral (fig. 3.10).
Chama oxidante
É obtida através de um excesso de oxigênio em relação ao acetileno.
Tem a temperatura mais elevada das chamas. Na soldagem dos aços,
provoca a descarbonetação ou a oxidação do metal fundido. É utilizada
no processo de oxicorte e também da soldagem de latões e 1igas de
cobre (fi g. 3.11).
Propagação da chama e o retrocesso
A chama possui uma velocidade de propagação, que é contra balanceada pela velocidade de saída do gás pelo bico do maçarico (fig. 3.12). No instante em que a velocidade de sai da dos gases for menor que a de deflagração da chama, rompe-se o equilíbrio das velocidades e ocorre o retrocesso da chama que, eventualmente, pode ser acompanhado por uma onda explosiva.
Esse retrocesso de chama prossegue para o interior do maçarico até o ponto em que as velocidades se igualarem novamente(fig. 3.13).
A chama continua na câmara de mistura de forma invisível e causa um
barulho estridente. Ela pode ainda prosseguir queimando-se na
mangueira de acetileno e até, em alguns casos, atingir a garrafa de
gás.
Ao ocorrer um retrocesso, deve-se, em primeiro lugar, fechar a válvula
de acetileno, posteriormente, o oxigênio e, em seguida, resfriar o
maçarico, mergulhando-o em água.
Válvula de segurança
Toda a instalação de solda oxiacetilênica deve possuir válvulas de
segurança contra retrocesso, as quais são colocadas na mangueira do
acetileno (fig. 3.14).
Propriedades dos gases combustíveis
Na soldagem a gás, os combustíveis mais empregados são o acetileno,
o propano e o metano, porém, em função de suas características e
propriedades, faz-se necessário o conhecimento das variáveis descritas
na tabela 3.2, que apresenta uma comparação entre os gases
combustíveis.
Em posse de tais conhecimentos, Pode-se melhor otimizar a utilização
dos gases em função do tipo de trabalho a executar.
14.5 - Métodos de soldagem
A qualidade de uma solda depende do modo como são conduzidos o
maçarico e a vareta.
Para conduzi-los, é necessário que se observem as seguintes diretrizes:
O maçarico deve se manter firme e inclinado com o ângulo o mais
correto possível; a região da chama de maior temperatura deve ser
dirigida à peça, para que se obtenha uma fusão uniforme das partes ou
região da solda.
O movimento do maçarico deve ocorrer quando a região da solda for
maior que a zona de calor. Tais procedimentos se empregam tanto
para solda à esquerda, como solda à direita.
Soldagem à esquerda
Deve ser empregada para se soldarem chapas finas de até 3mm de
espessura, sendo muito aplicada na soldagem de metais não-ferrosos
(Al.Cu) e tubos de até 2, 5mm de espessura. O percurso da solda segue
da direita para a esquerda, na direção da chama de solda (fig. 3.15).
Em função disso, o material se encontra pré-aquecido. É um processo
1ento que consome muito gás, porém produz soldas de bom aspecto e
é de fácil execução.
A chama de solda deve se movimentar através de um movimento
pendular imposto ao maçarico.
Soldagem à direita
Empregas para se soldarem chapas com mais de 3mm de espessura. O
maçarico deve ser mantido sem movimento e conduzido contra o fluxo
do material fundido, ao mesmo tempo em que se emprega um
movimento circular na vareta. Possui as vantagens de se poder
observar a peça de fusão, evitando-se, assim,a existência
de regiões frias. Mediante a manutenção da inclinação, emprega-se
menor quantidade de material (fig. 3.16).
É um processo rápido e econômico. Obtém-se uma maior velocidade de
soldagem, diminuindo-se as tensões de
contração.Com uma adequada pressão da chama, inclinação do maçarico e movimento da vareta, obtém-se um bom cordão de solda.
Descontinuidades no oxiacetilênica
Processo
As descontinuidades encontradas na soldagem a gás são porosidade,
inclusão de escória, falta de fusão,falta de penetração, mordeduras,
sobreposição e várias formas de trincas. Convém lembrar que o uso de
uma técnica adequada pode eliminar mui tos desses problemas.
Falta de fusão (fig. 3.17-1)
Geralmente se localiza na margem da solda. Freqüentemente ocorre
quando se utiliza indevidamente a chama oxidante. Pode ocorrer
também com a utilização da chama apropriada, se manipulada de
forma errada.
Inclusões de escória (fig. 3.17-2)
Ocorre normalmente com a chama oxidante, às vezes com a chama normal. A manipulação inadequada do metal de adição também pode provocar inclusões de escória.
Porosidades (fig. 3.18-3)
No caso de uniformemente espalhada, revela uma técnica de soldagem
imperfeita.
Mordeduras e sobreposições (fig. 3. 17 -.4)
São falhas inerentes da qualificação deficiente do soldador.
Trincas (fig. 3.18-5)
Na soldagem a gás, ocorrem as trincas devido à fissuração a quente. As
possibilidades de fissuração a frio ou pelo hidrogênio são evitadas
através de um aquecimento e resfriamento lentos, os quais permitem a
difusão do hidrogênio. Tipos e funções dos consumíveis
Chama-se de consumíveis, na soldagem, todos os materiais
empregados na deposição ou proteção da solda, tais como eletrodos,
varetas, gases e fluxos.
A seleção dos consumíveis depende de vários fatores, entre os quais se
destacam os seguintes: energia de soldagem, geometria da junta,
espessura do cordão de solda a ser depositado, posição de soldagem,
habilidade do soldador, grau de proteção pretendido na soldagem.
Metal de adição (varetas)
O metal de adição para a soldagem a gás é da classificação RG
(vareta,gás), sem nenhuma exigência química específica. Um fluxo de
soldagem é também requerido com alguns metais, a fim de se manter
a 1impeza do metal de base na área de solda e para facilitar a remoção
de películas de oxido na superfície.
Vareta de soldagem com variadas composições químicas são
disponíveis Para a soldagem de muitos metais ferrosos e não-ferrosos.
A vareta normalmente deve ser selecionada e especificada de modo a
se conseguirem as propriedades físicas e mecânicas desejadas na
soldagem.
As varetas são classificadas nas especificações AWS, com base em sua
resistência mecânica.
As varetas de soldagem são especificadas também pela DIN 8554, e
devem possuir as mesmas propriedades do metal-base.
Maiores detalhes técnicos são encontrados nas unidades específicas
sobre eletrodos.