1. Definio de Soldagem Um grande nmero de diferentes processos utilizados na fabricao e recuperao de peas, equipamentos e estruturas abrangido pelo termo SOLDAGEM. Classicamente, a soldagem considerada como um mtodo de unio, porm, muitos processos de soldagem ou variaes destes so usados para a deposio de material sobre uma superfcie, visando a recuperao de peas desgastadas ou para a formao de um revestimento com caractersticas especiais. Algumas definies de soldagem so: "Operao que visa obter a unio de duas ou mais peas , assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades fsicas, qumicas e metalrgicas". "Operao que visa obter a coalescncia localizada produzida pelo aquecimento at uma temperatura adequada, com ou sem a aplicao de presso e de metal de adio." (Definio a adotada pela AWS American Welding Society). Processo de unio de materiais baseado no estabelecimento, na regio de contato entre os materiais sendo unidos, de foras de ligao qumica de natureza similar s atuantes no interior dos prprios materiais. Embora a soldagem, na sua forma atual, seja um processo recente, com cerca de 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento tm sido utilizadas deste pocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com indicaes de ter sido soldado e que foi fabricado na Prsia, por volta de 4000 AC. A tabela 1.1 mostra um resumo do histrico da soldagem. Tabela 1.1. resumo cronolgico da histria da soldagem 1801 1836 1885 1889 1901 1903 1907 1919 1926 1930 1935 1948 1950 1953 1957 1958 1960 1970 Sir Humphey Davis descobre o fenmeno do arco eltrico Edmund Davy descobre o Acetileno N. Bernardos e S. Olsewski depositam patente do processo de soldagem por arco eltrico N.G. Slavianoff e C. Coffin substituem o eletrodo de grafite por arame metlico Fouch e Picard desenvolvem o primeiro maarico industrial para soldagem oxiacetilnica Goldschmidt descobre a solda aluminotrmica O. Kjellberg deposita a patente do primeiro eletrodo revestido C. J. Halsag introduz a corrente alternada nos processos de soldagem H.M. Hobart e P.K. Denver utilizam gs inerte como proteo do arco eltrico Primeiras normas para eletrodo revestido nos EUA Desenvolvimento dos processos de soldagem TIG e Arco Submerso H.F. Kennedy desenvolve o processo de soldagem MIG Frana e Alemanha desenvolvem o processo de soldagem por feixe de eltrons Surgimento do processo MAG Desenvolvimento do processo de soldagem com arame tubular e proteo gasosa Desenvolvimento do processo de soldagem por eletro-escria , na Rssia Desenvolvimento de processo de soldagem a laser, nos EUA Aplicados os primeiros robs nos processos de soldagem

Estima-se que hoje em dia esto sendo utilizados mais de 70 processos de soldagem a nvel mundial, sendo este um nmero dinmico, pois vrios outros processos esto em desenvolvimento a nvel de pesquisa e projetando para breve novas alteraes no mercado de soldagem. A classificao mostrada na figura 1.1 utiliza o critrio de diviso em famlias, envolvendo o fenmeno fsico e utilizando para as subdivises a forma de energia empregada no processo.

Figura 1.1. classificao dos processos de soldagem

A figura 1.2 mostra as variveis envolvidas no processo de soldagem, observa-se que para ter um bom resultado no processo deve se levar muito em conta principalmente o tipo de processo utilizado, o material e a seqncia de realizao da solda.

Figura 1.2. variveis no processo de soldagem.

2. Formao de uma junta soldada De uma forma simplificada, uma pea metlica formada por um grande nmero de tomos dispostos em um arranjo espacial caracterstico (estrutura cristalina). tomos localizados no interior desta estrutura so cercados por um nmero de vizinhos mais prximos, posicionados a uma distncia r0, na qual a energia do sistema mnima, como mostra a figura 2.1. Nesta situao, cada tomo est em sua condio de energia mnima, no tendendo a se ligar com nenhum tomo extra. Na superfcie do slido, contudo, esta situao no se mantm, pois os tomos esto ligados a menos vizinhos, possuindo, portanto um maior nvel de energia do que os tomos no seu interior. Esta energia pode se reduzida quando os tomos superficiais se ligam a outros. Assim, aproximando-se duas peas metlicas a uma distncia suficientemente pequena para a formao de uma ligao permanente, uma solda entre as peas seria formada, como ilustrado na figura 2.2. Este tipo de efeito pode ser obtido, por exemplo, colocando-se em contato ntimo dois blocos de gelo. Entretanto, sabe-se que isto no ocorre para duas peas metlicas, exceto em condies muito especiais. A explicao para isto est na existncia de obstculos que impedem uma aproximao efetiva das superfcies at distncias da ordem de r0. Estes obstculos podem ser de dois tipos bsicos: As superfcies metlicas, mesmo as mais polidas, apresentam uma grande rugosidade em escala microscpica e sub-microscpica (figura 2.3). Mesmo uma superfcie com um acabamento cuidadoso apresenta irregularidades da ordem de 50nm de altura, cerca de 200 camadas atmicas. Isto impede uma aproximao efetiva das superfcies, o que ocorre apenas em alguns poucos pontos de contato, de modo que o nmero de ligaes formadas insuficiente para garantir qualquer resistncia para a junta.

Figura 2.1 - Variao de energia potencial para um sistema composto de dois tomos em funo da distncia de separao entre eles.

Figura 2.2 - Formao terica de uma solda pela aproximao das superfcies das peas.

Figura 2.3 - Representao esquemtica da superfcie metlica limpa. As superfcies metlicas esto normalmente recobertas por camadas de xidos, umidade, gordura, poeira, etc, o que impede um contato real entre as superfcies, prevenindo a formao da solda. Estas camadas se formam rapidamente e resultam exatamente da existncia de ligaes qumicas incompletas na superfcie. Dois mtodos principais so utilizados para superar estes obstculos, os quais originam os dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro consiste em deformar as superfcies de contato permitindo a aproximao dos tomos a distncias da ordem de r0 (figura 2.4). As peas podem ser aquecidas localmente de modo a facilitar a deformao das superfcies de contato.

Figura 2.4 - Soldagem por presso ou deformao. O segundo mtodo se baseia na aplicao localizada de calor na regio de unio at a sua fuso e do metal de adio (quando este utilizado), destruindo as superfcies de contato e produzindo a unio pela solidificao do metal fundido (figura 2.5). Assim, uma forma de classificao dos processos de soldagem consiste em agrup-los em dois grandes grupos baseando-se no mtodo dominante para produzir a solda: (a) processos de soldagem por presso (ou por deformao) e (b) processos de soldagem por fuso.

Figura 2.5 (a) Representao esquemtica da soldagem por fuso. (b) Macrografia de uma junta. 3. Processos de Soldagem 3.1. Processos de Soldagem por Fuso Existe um grande nmero de processos por fuso que podem ser separados em sub-grupos, por exemplo, de acordo com o tipo de fonte de energia usada para fundir as peas. Dentre estes, os processos de soldagem a arco (fonte de energia: arco eltrico) so os de maior importncia industrial na atualidade. Devido tendncia de reao do material fundido com os gases da atmosfera, a maioria dos processos de soldagem por fuso utiliza algum meio de proteo para minimizar estas reaes. A tabela 3.1 mostra os principais processos de soldagem por fuso e suas caractersticas principais.

Tabela 3.1. principais processos de soldagem por fuso e suas caractersticas.

3.2. Processos de Soldagem por Presso (ou por Deformao) Este primeiro grupo inclui os processos de soldagem por ultra-som, por frico, por forjamento, por resistncia eltrica, por difuso, por exploso, entre outros (tabela 3.2 e figura 3.1). Diversos destes processos, como por exemplo, os processos de soldagem por resistncia, apresentam caractersticas intermedirias entre os processos de soldagem por fuso e por deformao. Tabela 3.2. Processos de soldagem por presso.

Figura 3.1. Processos de soldagem por presso. 4. Terminologia de Soldagem: A figura 4.1 mostra esquematicamente a terminologia utilizada nos processos de soldagem. Soldagem (Welding) o processo de unio de materiais, a Solda (weld) o resultado deste processo. Metal Base (base metal): Material da pea que sofre o processo de soldagem. Metal de Adio (filler metal): Material adicionado, no estado lquido, durante a soldagem (ou brasagem).

Figura 4.1. Terminologia utilizada nos processos de soldagem. Poa de Fuso (weld pool): Regio em fuso, a cada instante, durante uma soldagem. Penetrao (penetration): Distncia da superfcie original do metal de base ao ponto em que termina a fuso, medida perpendicularmente mesma.

Junta (joint): Regio entre duas ou peas que sero unidas.

Tipos de Junta: Topo (butt), ngulo (tee), canto (corner), sobreposta (lap) e de aresta (edge) (figura 4.2).

Figura 4.2. tipos de junta. Soldas em juntas de topo e ngulo podem ser de penetrao total (penetrao em toda a espessura de um dos componentes da junta, como na figura acima) ou parcial. Chanfro (groove): Corte efetuado na junta para possibilitar/facilitar a soldagem em toda a sua espessura (figura 4.3).

Figura 4.3. Tipos de chanfro em juntas de soldagem. Elementos de um Chanfro: Encosto ou nariz (s) (nose, groove face): Parte no chanfrada de um componente da junta. Garganta, folga ou fresta (f) (root opeming): Menor distncia entre as peas a soldar.

ngulo de abertura da junta () (groove angle) e ngulo de chanfro () (bevel angle). Os elementos de um chanfro (figura 4.4) so escolhidos de forma a permitir um fcil acesso at o fundo da junta (figura 4.5), mas, idealmente, com a menor necessidade possvel de metal de adio.

Figura 4.4. Elementos de um chanfro. Raiz (root): Regio mais profunda do cordo de solda. Em uma junta chanfrada,corresponde regio do cordo junto da fresta e do encosto. Tende a ser a regio mais propensa formao de descontinuidades em uma solda. Face (face): Superfcie oposta raiz da solda. Passe (pass): Depsito de material obtido pela progresso sucessiva de uma s poa de fuso. Uma solda pode ser feita em um nico ou em vrios passes. Camada (layer): Conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chanfro. Reforo (reinforcement): Altura mxima alcanada pelo excesso de material de adio, medida a partir da superfcie do material de base. Margem (toe): Linha de encontro entre a face da solda e a superfcie do metal de base.

Figura 4.5. denominao dos passes utilizados numa junta soldada. Posies de Soldagem (welding positions)(figura 4.6):

Plana (flat): A soldagem feita no lado superior de uma junta e a face da solda aproximadamente horizontal. Horizontal (horizontal): O eixo da solda aproximadamente horizontal, mas a sua face inclinada. Sobrecabea (overhead): A soldagem feita do lado inferior de uma solda de eixo aproximadamente horizontal. Verical (vertical): O eixo da solda aproximadamente vertical. A soldagem pode ser para cima (vertical-up) ou para baixo (vertical-down).

Figura 4.6. posies de soldagem. Modos de Operao: Manual (manual): Soldagem na qual toda a operao realizada e controlada manualmente pelo soldador (welder). Semi-automtico (semi-automatic): Soldagem com controle automtico da alimentao de metal de adio, mas com controle manual pelo soldador do posicionamento da tocha e de seu acionamento. Mecanizado (machine): Soldagem com controle automtico da alimentao de metal de adio, controle do deslocamento do cabeote de soldagem pelo equipamento, mas com o posicionamento, acionamento do equipamento e superviso da operao sob responsabilidade do operador de soldagem (welding operator). Automtico (automatic): Soldagem com controle automtico de praticamente todas as operaes necessrias. Em alguns casos, a definio de um processo como mecanizado ou automtico no fcil, em outros, o nvel de controle da operao, o uso de sensores, a possibilidade de programar o processo indicam claramente um processo de soldagem automtico. De uma forma ampla, os sistemas automticos de soldagem podem ser divididos em duas classes: (a) Sistemas dedicados, projetados para executar uma operao especfica de soldagem, basicamente com nenhuma flexibilidade para mudanas no processos e (b) sistemas com robs, programveis e apresentado uma flexibilidade relativamente grande para alteraes no processo. Smbolos de Soldagem:

Smbolos padronizados so usados para indicar a localizao, detalhes do chanfro e outras informaes de operaes de soldagem em desenhos de engenharia. Existem sistemas de smbolos de soldagem desenvolvidos em normas de diferentes pases. No Brasil, o sistema mais usada o da American Welding Society, atravs de sua norma AWS A2.4, Symbols for Welding and Nondestructive Testing. Contudo, smbolos baseados em normas de outros pases so, tambm, usados. Como estes smbolos so similares aos da AWS, mas apresentam diferenas em detalhes, isto pode levar interpretao errada de desenhos.

Um smbolo completo de soldagem consiste dos seguintes elementos (figura 4.7):

Linha de referncia (sempre horizontal), Seta, Smbolo bsico da solda, Dimenses e outros dados, Smbolos suplementares, Smbolos de acabamento, Cauda, e Especificao de procedimento, processo ou outra referncia.

Figura 4.7. Simbologia com elementos de soldagem. O smbolo bsico da solda indica o tipo de solda e chanfro que sero usados. A figura 4.8 mostra os smbolos bsicos mais comuns:

Figura 4.8. smbolos bsicos de soldagem.

A posio do smbolo bsico na linha de referncia indica se a solda ser depositada no mesmo lado ou no lado oposto do local indicado no desenho pela seta (figura 4.9):

Figura 4.9. simbologia de soldagem.

5. Arco eltrico de soldagem Um arco eltrico pode ser definido como um feixe de descargas eltricas formadas entre dois eletrodos e mantidas pela formao de um meio condutor gasoso chamado plasma. H neste fenmeno a gerao de energia trmica suficiente para ser usado em soldagem, atravs da fuso localizada das peas a serem unidas. A expresso soldagem a arco eltrico se aplica a um grande nmero de processos de soldagem que utilizam o arco eltrico como fonte de calor; nestes processos a juno dos materiais sendo soldados pode requerer ou no o uso de presso ou de material de adio. 5.1. Abertura e funcionamento do arco eltrico: Um arco eltrico formado quando 2 condutores de corrente eltrica (dois eletrodos) so aproximados para fazer o contato eltrico e depois separados (figura 5.1). Isto aumenta a resistncia ao fluxo de corrente e faz com que as extremidades dos eletrodos sejam levados a altas temperaturas, bem como o pequeno espao de ar entre eles. Os eltrons vindo do eletrodo negativo (catdo) colidem com as molculas e tomos do ar, desmembrando-os em ons e eltrons livres e tornando a fresta de ar um condutor de corrente devido ionizao. Isto mantm a corrente atravs do espao de ar e sustenta o arco; na prtica para acender o arco, o soldador esfrega a extremidade do eletrodo na pea a soldar e depois o afasta ligeiramente. No instante de contato, a corrente passa no circuito e continua a circular quando o eletrodo afastado, formando um arco, devido ter acontecido a ionizao do ar, isto , o ar ter se tornado condutor de corrente.

Figura 5.1. esquematizao da abertura e funcionamento do arco eltrico. 5.2. Caractersticas trmicas do arco eltrico O arco eltrico de soldagem tem uma eficincia alta ( 100%) na transformao de energia eltrica em energia trmica. Baseado nessa eficincia podemos afirmar que o calor gerado num arco eltrico pode ser estimado a partir de seus parmetros eltricos pela equao: Q=V.I.t onde: Q = energia trmica gerada, em joule (J); V = queda de potencial no arco, em Volt (V); I = corrente eltrica no arco, em ampre (A); t = tempo de operao, em segundos (s). So conseguidas altas temperaturas no arco, conforme mostra o perfil trmico (isotermas) de um arco de soldagem, aberto com um eletrodo no consumvel de Tungstnio e uma pea de Cobre refrigerada a gua so separados entre si por 5 mm, em atmosfera de gs inerte (figura 5.2).

Figura 5.2. perfil trmico de um arco de soldagem. O arco eltrico gera calor e tambm radiao eletromagntica de alta intensidade, nas faixas do infravermelho, luz visvel e ultravioleta, necessitando portanto de proteo visual com filtros apropriados para seu manuseio. 5.3. Caractersticas magnticas do arco eltrico O arco de soldagem um condutor de corrente eltrica e sendo assim, sofre interao da corrente eltrica por ele transportada com os campos eltricos por ela gerados; isto gera alguns efeitos que podem favorecer ou prejudicar a soldagem. Quando um condutor de comprimento l, percorrido por uma corrente i colocado numa regio de influncia de um campo magntico B, ento ele experimenta uma fora F, conhecida como Fora de Lorentz, que enunciada pela equao: F=B.i.l onde: F, B e i so grandezas vetoriais perpendiculares entre si, sendo que o sentido de F pode ser obtido aplicando-se a Regra do Parafuso, onde imagina-se um parafuso convencional que gira no sentido de i para B. O sentido de F ser aquele de avano do parafuso. Um efeito magntico de suma importncia no arco eltrico o chamado Jato Plasma, que um dos responsveis pela penetrao do cordo de solda e que pode ser considerado um condutor eltrico gasoso de forma cnica e que ao passar a corrente por ele, induz um campo magntico de forma circular concntrico em seu eixo e ele se comporta como um condutor colocado em um campo magntico; dessa maneira surgem foras de Lorentz na regio do arco, que tm sentido de fora para dentro, conforme vemos na figura 5.3:

Figura 5.3. Efeito do campo magntico na soldagem.

A intensidade do campo magntico diminui com o quadrado da distncia linha de centro do condutor. Como o dimetro do arco sempre menor na regio prxima ao eletrodo, as foras de Lorentz tendem a ser maiores nesta regio do que na proximidade da pea, formando assim na regio uma presso interna maior do que junto pea; esta diferena de presso causa um fluxo de gs no sentido eletrodo-pea que o jato de plasma. O campo magntico e as foras de Lorentz so proporcionais intensidade de corrente, portanto quanto maior for a corrente, tanto maior ser o jato de plasma, promovendo assim uma maior penetrao do cordo de solda. As foras de Lorentz so relativamente fracas para produzirem conseqncias num condutor slido, porm na extremidade dos eletrodos consumveis estas foras so capazes de deformar a ponta fundida e cizalhar a parte lquida, separando-a do fio slido. Ao mesmo tempo que isso acontece, a tenso superficial tende a manter a gotcula presa ao eletrodo, promovendo o crescimento da mesma. Em baixas correntes as foras de Lorentz so pequenas e a gota tende a aumentar bastante o seu volume antes de se destacar do eletrodo e se transferir para a pea, promovendo com isso o aparecimento da chamada transferncia globular ou ainda a transferncia por curto circuito. Em altas correntes as foras de Lorentz estrangulam rapidamente a parte fundida da ponta do eletrodo, criando finssimas gotas de metal lquido que se transferem para a pea, conhecida como transferncia por Jato ou Spray. O dimetro do eletrodo influencia o campo magntico e por conseqncia a intensidade das foras de Lorentz, bem como a tenso superficial; esta ainda influenciada pelo material do eletrodo, da atmosfera do arco e da temperatura atingida. Portanto, o modo de transferncia do metal do eletrodo para a pea depende de todos esses fatores e tambm da tenso do arco, que est proporcionalmente ligada ao comprimento do arco e em conseqncia ao dimetro mximo da gotcula. As foras de Lorentz promovem ainda o efeito indesejvel que chamado de sopro magntico, que o fenmeno de desvio do arco de soldagem de sua posio normal, influenciado pela no simetria na distribuio das foras eletromagnticas devido s variaes bruscas na direo da corrente eltrica; este efeito pode ser causado tambm pelo arranjo assimtrico de material ferromagntico em torno do arco. Fisicamente o que se observa o desvio do arco da regio de soldagem, criando assim regies frias junto poa de fuso e provocando o aparecimento de defeitos tais como falta de fuso, falta de penetrao e instabilidade do arco. 5.4. Corrente contnua e corrente alternada Se entre dois pontos A e B ligados por um condutor eltrico for mantida uma corrente constante, escoa entre eles uma corrente de intensidade constante e sempre no mesmo sentido; esta corrente chamada de corrente contnua, CC e quando representada em funo do tempo gera uma reta horizontal. O tipo de corrente fornecida pelos retificadores dita contnua, mas na verdade ligeiramente ondulada, sendo facilmente identificada em um osciloscpio, porm em termos prticos de soldagem comporta-se como uma corrente contnua. Agora, imaginemos dois pontos A e B ligados por um condutor e que cada um deles possui uma tenso alternadamente positiva e negativa em relao ao outro; entre eles escoa uma corrente que muda de sentido na mesma freqncia que a tenso (60 Hz). Esta corrente denominada de corrente alternada, CA. Falta definir a questo da polaridade; como sabemos os plos do arco eltrico no se comportam de maneira igual. O bombardeio a que os eltrons sujeitam o anodo (eletrodo positivo) mais eficiente que o bombardeio dos ons no catdo em funo da energia cintica de cada eltron ser muito maior que a de cada on, bem como pelo fato da sada dos eltrons do catdo consumir energia, enquanto a chegada no anodo se faz com entrega de energia (figura 5.4). Isto significa sempre que a temperatura do anodo maior que a do catdo. Em funo do comportamento dos plos do arco serem diferentes, convencionou-se chamar de polaridade direta aquela em que o eletrodo o catdo (polo negativo) e a pea o anodo, representada por CC- ; quando o eletrodo o anodo (polo positivo) e a pea o catdo, a polaridade dita inversa, CC+.

Figura 5.4. polaridade do arco eltrico. 6. Metalurgia da soldagem 6.1. Propriedades do metal de solda e da Poa de fuso e diluio Seria ideal se o metal de solda propriamente dito e a zona afetada pelo calor tivessem exatamente as mesmas propriedades e caractersticas que as do metal de base. Entretanto, isso no possvel, porque o metal de solda fundido, enquanto que a maioria dos metais de base utilizada no estado forjado ou no laminado. Materiais conformados sempre apresentam maior resistncia, ductilidade e tenacidade que os materiais comparveis no estado fundido. O metal de solda , no entanto, uma miniatura de um fundido que rapidamente resfriado, e suas propriedades freqentemente se assemelham s de um material conformado. Essa particularmente a situao com metais ferrosos, porm a combinao de propriedades menos satisfatria em alguns metais no ferrosos como ligas de alumnio e de cobre. Por causa das foras eletromagnticas do arco, a poa de fuso movimenta-se internamente em modelos variados de fluxo dependendo do tipo de junta, da corrente de soldagem e do ngulo que a tocha ou o eletrodo faz com a linha da solda. Essa turbulncia resulta numa uniformidade de temperatura e composio dentro do metal lquido com exceo da regio mais aquecida nas imediaes da raiz do arco. A composio final do metal de solda o resultado de uma mistura do eletrodo ou do metal de adio fundido com o metal de base que fundido. O metal depositado do eletrodo ou do metal de adio denominado "diludo" pelo metal de base fundido. Quando nenhum metal adicionado, consistindo ento o metal de solda inteiramente de metal de base, a diluio definida como 100%. Na soldagem manual com eletrodo revestido, o passe de raiz pode ter 30% de diluio e os passes subseqentes tero uma diluio ligeiramente menor. Como resultado da uniformidade do metal de solda, possvel calcular sua composio se as propores de metal de base e de eletrodo fundido puderem ser estimadas. Isso pode ser feito freqentemente de uma observao da seo reta da solda, como mostra a Figura 7.1. Tais clculos, que envolvem apenas propores simples, so importantes quando utilizado um eletrodo ou metal de adio de composio diferente da do metal de base, como em juntas dissimilares, em revestimento inoxidvel de aos carbono ou na soldagem de ligas de

alumnio. Pode tambm ser necessrio considerar a diluio se o metal de base tiver alto teor de enxofre ou se contiver alumnio que, se adicionado poa de fuso, pode afetar o teor de oxignio e prejudicar a tenacidade do depsito de solda.

Figura 7.1 - Estimativa de diluio a partir da geometria da solda: (a) junta topo a topo; (b) junta com chanfro em V 6.2. Aporte trmico A maioria dos processos de soldagem por fuso caracterizada pela utilizao de uma fonte de calor intensa e localizada. Esta energia concentrada pode gerar em pequenas regies temperaturas elevadas, altos gradientes trmicos, variaes bruscas de temperatura e, conseqentemente, extensas variaes de microestrutura e propriedades em um pequeno volume de material. Na soldagem a arco eltrico o aporte trmico (heat input) definido como o calor cedido junta soldada por unidade de comprimento e calculado pela equao

Se considerarmos as vrias unidades usualmente empregadas, podemos dizer que

Aps a soldagem a dissipao de calor ocorre principalmente por conduo na pea das regies de maior temperatura para o restante do metal. 6.3. Ciclo trmico de soldagem A variao da temperatura em diferentes pontos da pea durante a soldagem pode ser estimada na forma de uma curva denominada ciclo trmico de soldagem (Figura 7.2). Os pontos mais prximos da junta sofrero uma variao de temperatura devido passagem da fonte de calor.

Figura 7.2 - Ciclo trmico de soldagem Essa curva apresenta os seguintes pontos importantes: __ temperatura de pico (Tp), que a temperatura mxima atingida no ponto. Tp diminui com a distncia ao centro da solda e indica a extenso das regies afetadas pelo calor de soldagem; temperatura crtica (Tc), que a temperatura mnima para ocorrer uma alterao relevante como uma transformao de fase, por exemplo; __ tempo de permanncia acima de uma temperatura crtica (tp), que o tempo em que o ponto fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura crtica; __ velocidade de resfriamento, que definida por

6.4. Repartio trmica Se considerarmos o ciclo trmico de cada ponto prximo junta, podemos dizer que a temperatura de pico (Tp) de cada ponto varia com sua distncia ao centro do cordo de solda. Colocando na forma de um grfico as temperaturas de pico contra a distncia ao cordo de solda obtemos uma curva esquemtica semelhante exibida na Figura 7.3. Esta curva conhecida como repartio trmica. Os ciclos trmicos de soldagem e a repartio trmica so principalmente dependentes dos seguintes parmetros: __ tipo de metal de base, relativamente a sua condutividade trmica, pois quanto maior a condutividade trmica do metal, maior sua velocidade de resfriamento; __ geometria da junta (uma junta em T possui trs direes para o escoamento de calor, enquanto uma junta de topo possui apenas duas (veja a Figura 41 pgina 89); por isso juntas em T resfriam-se mais rapidamente que juntas de topo para as mesmas condies de soldagem; a espessura da junta aumenta com a velocidade de resfriamento at uma espessura limite; acima desse limite, a velocidade de resfriamento independe da espessura; __ a velocidade de resfriamento diminui com o aumento do aporte trmico e da temperatura inicial da pea e conseqentemente a repartio trmica torna-se mais larga.

Figura 7.3 - Repartio trmica de uma solda 6.5. A estrutura do metal de solda Em cordes de solda de aos carbono e carbono-mangans os gros colunares so circundados pela ferrita e freqentemente existem plaquetas de ferrita crescendo a partir dos contornos de gro. Esse tipo de microestrutura apresenta baixa tenacidade, e se for necessrio modific-la o mtodo usual o tratamento trmico de normalizao. Entretanto, numa soldagem multipasses cada cordo de solda tratado termicamente pelo cordo subseqente (figura 7.4). O metal que aquecido acima da faixa de temperatura de transformao recristaliza-se em gros equiaxiais de menor tamanho. A profundidade at

Figura 7.4 - Recristalizao de cordes de solda por passes subseqentes depositados com eletrodo revestido em uma junta multipasses O reaquecimento tambm refina a microestrutura nas partes adjacentes da zona termicamente afetada. Uma regio crtica na qual a tenacidade desejvel o topo da solda, visto que a ltima camada a ser depositada em uma solda multipasses pode no receber o beneficiamento do tratamento da recristalizao. preciso um planejamento cuidadoso do cordo final (ou dos cordes finais) para assegurar que ocorra o refino dos gros onde for necessrio. Pode ocorrer perda de tenacidade na zona termicamente afetada de aos estruturais, que est associada com altos aportes trmicos que causam crescimento de gro e alteraes microestruturais. Sempre que a tenacidade for importante, como em estruturas que precisam manter sua integridade a baixas temperaturas de servio, deve ser evitada a tcnica de soldagem de largos cordes tranados, dando-se preferncia tcnica de cordes filetados (Figura 7.5).

Figura 7.5 - As tcnicas de soldagem de (a) tranar e (b) filetar Com aos temperveis, aquecimento e resfriamento rpidos podem criar uma camada dura de martensita ao lado do cordo de solda. Um cuidadoso planejamento da seqncia dos passes finais pode reduzir a dureza do metal depositado. Materiais diferentes dos aos carbono que no apresentem mudana de fase no estado slido no sofrem refino de gro durante a soldagem multipasses. Entretanto, outras alteraes podem ocorrer durante o reaquecimento dos cordes de solda, tais como a liquefao de filmes de constituintes de baixo ponto de fuso nos contornos de gro, formando trincas de solidificao. Isso pode acontecer durante a soldagem multipasses de aos inoxidveis austenticos. 6.6. Defeitos do metal de solda Alguns dos defeitos que podem ocorrer no metal de solda so: __ trincas de solidificao ou trincas a quente __ trincas induzidas por hidrognio no metal de solda __ porosidade

__ incluses de escria ou outras incluses __ trincas de cratera __ falta de fuso __ perfil do cordo desfavorvel 6.7. Trincas de solidificao A maioria dos aos pode ser soldada com um metal de solda de composio similar do metal de base. Muitos aos com alto teor de liga e a maioria das ligas no ferrosas requerem eletrodos ou metal de adio diferentes do metal de base porque possuem uma faixa de temperatura de solidificao maior do que outras ligas. Isso torna essas ligas suscetveis fissurao de solidificao ou a quente, que pode ser evitada mediante a escolha de consumveis especiais que proporcionam a adio de elementos que reduzem a faixa de temperatura de solidificao. A fissurao a quente tambm fortemente influenciada pela direo de solidificao dos gros na solda (Figura 7.6).

Figura 7.6 - Fissurao no centro do cordo em um passe nico de alta penetrao Quando gros de lados opostos crescem juntos numa forma colunar, impurezas e constituintes de baixo ponto de fuso podem ser empurrados na frente de solidificao para formar uma linha fraca no centro da solda. Soldas em aos de baixo carbono que porventura possam conter alto teor de enxofre podem se comportar dessa forma, de modo que pode ocorrer fissurao no centro da solda. Mesmo com teores normais de enxofre pode ainda existir a linha fraca no centro da solda que pode se romper sob as deformaes de soldagem, sendo por este motivo que cordes de penetrao muito profunda so normalmente evitados. 6.8. Trincas induzidas por hidrognio Esse modo de fissurao acontece a temperaturas prximas da ambiente, sendo mais comumente observada na zona termicamente afetada. O hidrognio introduzido na poa de fuso atravs da umidade ou do hidrognio contidos nos compostos dos fluxos ou nas superfcies dos arames ou do metal de base, resultando em que a poa de fuso e o cordo de solda j solidificado tornam-se um reservatrio de hidrognio dissolvido. Numa poa de fuso de ao o hidrognio se difunde do cordo de solda para as regies adjacentes da zona termicamente afetada que foram reaquecidas suficientemente para formar austenita. medida que a solda se resfria a austenita se transforma e dificulta a difuso posterior do hidrognio. O hidrognio retido nessa regio adjacente ao cordo de solda pode causar fissurao, 6.9. Porosidade A porosidade pode ocorrer de trs modos. Primeiro, como resultado de reaes qumicas na poa de fuso, isto , se uma poa de fuso de ao for inadequadamente desoxidada, os xidos de ferro podero reagir com o carbono presente para liberar monxido de carbono (CO). A porosidade pode ocorrer no incio do cordo de solda na soldagem manual com eletrodo revestido porque nesse ponto a proteo no totalmente efetiva. Segundo, pela expulso de gs de soluo medida que a solda solidifica, como acontece na soldagem de ligas de alumnio quando o hidrognio originado da umidade absorvido pela poa e mais tarde liberado. Terceiro, pelo aprisionamento de gases na base de poas de fuso turbulentas na soldagem com gs de proteo, ou o gs evoludo durante a soldagem do outro lado de uma junta em "T" numa chapa com tinta de fundo. A maioria desses efeitos pode ser facilmente evitada, embora a porosidade no seja um defeito excessivamente danoso s

propriedades mecnicas, exceto quando aflora superfcie. Quando isso acontece, pode favorecer a formao de entalhes que podero causar falha prematura por fadiga, por exemplo. 6.10. Incluses Com processos que utilizam fluxo possvel que algumas partculas desse fluxo sejam deixadas para trs, formando incluses no cordo de solda. mais provvel de as incluses ocorrerem entre passes subseqentes ou entre o metal de solda e o chanfro do metal de base. A causa mais comum a limpeza inadequada entre passes agravada por uma tcnica de soldagem ruim, com cordes de solda sem concordncia entre si ou com o metal de base. Assim como na porosidade, incluses isoladas no so muito danosas s propriedades mecnicas, porm incluses alinhadas em certas posies crticas como, por exemplo, na direo transversal tenso aplicada, podem iniciar o processo de fratura. H outras formas de incluses que so mais comuns em soldas de ligas no ferrosas ou de aos inoxidveis do que em aos estruturais. Incluses de xidos podem ser encontradas em soldas com gs de proteo onde o gs foi inadequadamente escolhido ou incluses de tungstnio na soldagem GTAW (TIG) com correntes muito altas para o dimetro do eletrodo de tungstnio ou quando este toca a pea de trabalho. 6.11. Defeitos de cratera J foi mencionado que a granulao no metal de solda geralmente colunar. Esses gros tendem a crescer a partir dos gros presentes nos contornos de fuso e crescem afastando-se da interface entre o metal lquido e o metal de base na direo oposta ao escoamento de calor. Um ponto fundido estacionrio teria naturalmente um contorno aproximado no formato circular, porm o movimento da fonte de calor produz um contorno em forma de lgrima com a cauda na direo oposta ao movimento. Quanto maior for a velocidade de soldagem, mais alongado ser o formato da cauda. Se a fonte de calor for repentinamente removida, a poa fundida solidifica com um vazio que denominado cratera. A cratera est sujeita a conter trincas de solidificao na forma de estrela. As tcnicas de soldagem ao final do cordo de solda so desenvolvidas para corrigir esse fenmeno voltando o arco por alguns momentos para preencher a poa de fuso ou at mesmo reduzindo gradualmente a corrente enquanto se mantm o arco esttico. 6.12. Falta de fuso e perfil do cordo desfavorvel Esses so defeitos comuns fceis de se evitar. A causa pode ser uma corrente de soldagem muito baixa ou uma velocidade de soldagem inadequada. 6.13. A zona termicamente afetada (ZTA)

Nenhuma solda por fuso pode ser realizada sem acumular um gradiente trmico no metal de base. A difuso de calor para o metal de base fortemente influenciada pela temperatura da poa de fuso e pela velocidade de soldagem. Soldagem com alta potncia e alta velocidade reduz o gradiente trmico. Num ponto da ZTA logo alm da borda da poa de fuso a temperatura aumenta rapidamente a um nvel prximo do da poa de fuso e diminui rapidamente produzindo um efeito como o de tmpera. Em aos essa regio torna-se austentica durante o aquecimento e pode conter o constituinte duro conhecido como martensita quando se resfria. Essa regio desenvolve gros grosseiros (regio de crescimento de gro), porm um pouco mais alm, onde a temperatura no foi to alta, entrando na faixa acima da temperatura de transformao mas no atingindo a regio austentica, o tamanho de gro menor (regio de refino de gro). Mais alm ainda, no h alterao no tamanho de gro, mas o calor suficiente para reduzir a dureza dessa regio e eliminar at certo ponto os efeitos de qualquer encruamento (regio intercrtica). Efeitos metalrgicos similares so tambm observados na ZTA aps cortes com aporte trmico. Em materiais endurecveis por soluo slida como ligas de alumnio, por exemplo, a regio prxima poa de fuso torna-se efetivamente solubilizada por tratamento trmico e ter sua dureza aumentada com o tempo ou com um tratamento trmico subseqente a baixas temperaturas, causando endurecimento por precipitao. Em materiais que no sofrem transformao, como os aos, nem endurecem por soluo slida, como ligas de alumnio tratveis termicamente, os efeitos do calor so mais simples, sendo aplicados principalmente para reduzir a dureza e para a eliminao completa ou parcial do encruamento. Raramente a condio de soldagem to simples como foi descrita acima porque os metais de base so freqentemente imperfeitos quando observados detalhadamente, sendo tambm possvel para a poa de fuso introduzir hidrognio na zona termicamente afetada. Esta , portanto, uma regio potencial de defeitos e seu comportamento em um material qualquer um aspecto importante da considerao de soldabilidade.

Soldabilidade, no entanto, uma propriedade do material que no pode ser definida precisamente porque varia com o processo empregado e com a maneira como o processo utilizado. Materiais com soldabilidade ruim podem ser soldados satisfatoriamente desde que seja tomado muito cuidado na seleo do consumvel, no controle da soldagem e na inspeo final. Isso freqentemente significa muitos testes antes da produo e naturalmente um aumento nos custos. 6.14. Defeitos na ZTA

Alguns dos defeitos que podem ocorrer na ZTA so: fissurao por hidrognio (designada tambm por fissurao sob cordo) decoeso lamelar trincas de reaquecimento fissurao por corroso sob tenso trincas de liquao ou microfissurao 6.15. Fissurao da ZTA por hidrognio

Esse tipo de fissurao pode ocorrer nos aos e resulta da presena de hidrognio numa microestrutura temperada suscetvel fissurao como a martensita, aliada tenso aplicada. Normalmente pouco pode ser feito sobre a tenso, embora seja conhecido que juntas com aberturas excessivas sejam mais suscetveis fissurao. As medidas prticas para evitar a fissurao dependem de reduzir o hidrognio na poa de fuso e evitar uma ZTA endurecida. No Captulo 5 foi descrito como a poa de fuso pode fornecer uma fonte de hidrognio que se difunda da fase austentica para a ZTA. Quando a regio prxima solda se resfria a mobilidade do hidrognio diminui e ele tende a permanecer onde puder causar fissurao (Figura 7.7). O nvel de hidrognio controlado por um tipo adequado de consumvel de soldagem e pela garantia de que ele esteja seco. Eletrodos rutlicos depositam metal de solda com teor de hidrognio maior que eletrodos bsicos, que so os preferidos para a soldagem de aos de alta resistncia e tambm para juntas com espessura superior a 25 mm. Quando se soldam aos altamente sensveis ao hidrognio difusvel pode ser empregado um eletrodo inoxidvel austentico j que esse metal de solda no sofre transformao metalrgica e resulta em um bom recipiente para o hidrognio. Para qualquer ao a dureza atingida na ZTA depende diretamente da taxa de resfriamento e quanto maior a taxa de resfriamento mais facilmente a estrutura pode trincar. Um importante fator influenciando a taxa de resfriamento a massa de material sendo soldada: quanto maior a espessura da junta, maior a velocidade de resfriamento. O tipo de junta tambm afeta a taxa de resfriamento pelo nmero de caminhos ao longo dos quais o calor pode fluir. Numa junta de topo h dois caminhos. Por outro lado, numa junta em ngulo h trs caminhos, de tal modo que um cordo de solda de mesmo tamanho nessa junta resfria-se mais rapidamente (Figura 7.8).

Figura 7.7. fisurao devido a mobilidade do hidrognio.

Figura 7.8. resfriamento numa junta soldada. O controle da microestrutura alcanado principalmente de duas maneiras. Primeiro, escolhendo um ao que tenha uma temperabilidade adequada. A temperabilidade de um ao determinada por seu teor de carbono e de outros elementos de liga como mangans, cromo, molibdnio e vandio, existindo vrias equaes para estimar o carbono equivalente a partir da composio qumica de um ao. A Equao [5] a mais utilizada para o carbono equivalente (Ceq) e pode ser observada pgina 27. Segundo, a microestrutura pode ser controlada reduzindo-se a taxa de resfriamento que, para qualquer tipo de junta, pode ser conseguido de duas maneiras: elevando o aporte trmico pelo aumento do tamanho do cordo de solda e/ou reduzindo a velocidade de soldagem. Em termos de soldagem ao arco eltrico, isso significa empregar eletrodos de dimetro maior; ou empregando pr-aquecimento. A fissurao induzida por hidrognio ocorre apenas a temperaturas em torno da temperatura ambiente, de modo que, se for realizado um ps-aquecimento (manuteno da temperatura aps a soldagem) por um tempo dependente da espessura do ao, haver a difuso do hidrognio para fora da regio da solda antes que a fissurao possa acontecer. Um carbono equivalente menor que 0,40% indica que o ao apresenta boa soldabilidade, porm valores acima desse podem tornar necessrias algumas precaues adicionais com o pr-aquecimento ou com o aporte trmico. Como o pr-aquecimento caro e difcil de ser empregado, pode ser evitado quando se aplicam eletrodos bsicos em vez de rutlicos ou, em casos extremos, aplicando-se eletrodos austenticos. Tomando-se cuidado, a fissurao na ZTA pode ser evitada, mas um defeito difcil de ser notado, particularmente em juntas em ngulo, onde pode aparecer na garganta da junta, que uma rea sujeita a concentrao de tenses. Como uma alta taxa de resfriamento um grande agente contribuinte para a fissurao por hidrognio, pequenos cordes de solda como pontos de solda (ou mesmo aberturas involuntrias de arco) so stios potenciais para a ocorrncia desse fenmeno, devendo ser tratados com o mesmo cuidado que a solda principal ou definitiva. 6.16. Decoeso lamelar

Esse defeito ocorre em chapas grossas como resultado de imperfeies no metal de base acentuadas pelas deformaes de soldagem e projeto de junta inadequado. Chapas de ao so provavelmente afetadas devido as suas pobres propriedades ao longo da espessura provenientes de regies finas de incluses no metlicas dispostas em camadas paralelas superfcie. Essas so abertas pelas deformaes de soldagem, formam trincas prximas ZTA e se propagam na forma de degraus (Figura 7.9). A condio agravada pela presena de at mesmo pequenas quantidades de hidrognio. Se existir a suspeita de que o ao possa ser suscetvel decoeso lamelar, as juntas devem ser projetadas para evitar ao mximo a contrao que ocorre na direo da espessura, isto , evitando juntas cruciformes ou cordes espessos e empregando eletrodos bsicos adequadamente ressecados. Almofadar para proteger reas sensveis til antes da solda definitiva ou durante a prpria soldagem que seria, na realidade, uma seqncia de passes controlada (Figura 7.10). melhor, contudo, estimar o risco de decoeso lamelar antes que a solda comece e, se necessrio, pedir a chapa de ao com propriedades apropriadas na direo da espessura.

Figura 7.9. propagao em forma de degrau na ZTA.

Figura 7.10. seqncia de cordes de solda para evitar a formao de trincas. 6.17. Trincas de reaquecimento

Esse fenmeno pode acontecer em alguns aos de baixa liga nos contornos de gro, normalmente na regio de granulao grosseira da ZTA, aps a solda ter entrado em servio a altas temperaturas ou ter sido tratada termicamente. As causas reais para esse fenmeno so complexas e no esto completamente entendidas, mas o mecanismo pode envolver endurecimento no interior dos gros pelos formadores de carbonetos como cromo, molibdnio e vandio, concentrando a deformao nos contornos de gro que, se contiverem impurezas como enxofre, fsforo, estanho, antimnio e arsnio, poder haver colapso nessas regies. 6.18. Fissurao por corroso sob tenso

uma forma de fissurao que pode ocorrer em muitos materiais e est usualmente associada presena de um meio corrosivo como, por exemplo, sulfeto de hidrognio (H2S), podendo atacar a regio endurecida da ZTA em tubulaes de ao. Por isso especificada muitas vezes uma dureza mxima. Precaues gerais contra a corroso sob tenso incluem a seleo cuidadosa do metal de base e de um tratamento ps-soldagem adequado para reduzir as tenses e colocar a ZTA em sua condio microestrutural mais adequada. 6.19. Trincas de liquao

Outros possveis defeitos na ZTA incluem trincas de liquao causadas pela fuso de constituintes de baixo ponto de fuso presentes nos contornos de gro, resultando em microtrincas que podem posteriormente formar stios de propagao de trincas maiores.

7. Dimensionamento de uma junta soldada 7.1. Tenses residuais de soldagem 7.1.1. Como so geradas as tenses residuais de soldagem ? O estado de tenses residuais ao longo de uma junta, aps a soldagem, bastante complexo e no nossa pretenso sequer apresent-lo, muito menos expliclo; mas as tenses residuais de trao existentes nas adjacncias da solda so aquelas que conhecidamente podem causar falhas prematuras e sua visualizao no difcil, desde que sejam feitas algumas simplificaes. Durante a soldagem por fuso, a arco eltrico por exemplo, ocorre no material de base um aquecimento quase instantneo, muito localizado, que faz com que, num dado momento, uma pequena poro deste material atinja a fuso formando uma poa (poa de fuso), para posteriormente se solidificar formando a zona fundida (ou metal de solda), figura 8.1.

Figura 8.1 Esquema que representa uma vista geral superior de uma chapa sendo soldada por fuso, onde a regio fundida e posteriormente solidificada se chama zona fundida ou metal de solda e as adjacncias da solda atingem temperaturas muito prximas da temperatura de fuso do metal ou incio de fuso da liga Como existe uma continuidade no material, existe sem dvida uma regio, nas adjacncias da zona fundida, que atingiu uma temperatura bem prxima de fuso do material. Sabe-se que qualquer material metlico dilata quando aquecido e contrai quando resfriado. Ora, se durante um curto espao de tempo, uma regio muito pequena nas adjacncias da solda se aquece desde a temperatura ambiente at quase sua temperatura de fuso, de se esperar que esta regio aumente de volume (por dilatao), tanto mais quanto maior for a temperatura atingida. Se esta pequena faixa de material no consegue aumentar seu volume pois todo o restante do componente no permite, esta regio passa a ser comprimida e as tenses de compresso aumentam at que o limite de escoamento do material seja ultrapassado em compresso. Portanto ao final da etapa de aquecimento (que quase instantneo) as adjacncias da solda se encontram com o mesmo tamanho inicial e deformadas em compresso, quando se inicia o resfriamento. Agora, a mesma poro que foi aquecida, e se encontra comprimida, comea a resfriar e a tendncia de que o material se contraia. Inicialmente a regio se alivia da compresso e, como no consegue reduzir seu tamanho pois o restante do componente no permite, ela acaba sendo tracionada at que as tenses de trao ultrapassem o limite de escoamento em trao, e de novo o material se deforma para acomodar esta elevada tenso, figura 8.2. No entanto o material somente consegue se deformar em tenses superiores de escoamento e as tenses trativas inferiores limite de escoamento, permanecem ao final da soldagem. So as chamadas tenses residuais, trativas nesta pequena regio, cuja magnitude a do prprio limite de escoamento do material na temperatura ambiente, o que chega a ser assustador pois so tenses elevadssimas.

Figura 8.2 Esquema que apresenta, de forma simplificada, como as regies do detalhe da figura 8.1, adjacentes solda, deveriam dilatar e contrair, se estivessem livres. 7.1.2. O que acontece se as tenses residuais no forem aliviadas aps a soldagem? Dependendo do tipo de material e do estado de tenses presente no componente, podem ocorrer dois tipos de comportamento quando as tenses aplicadas em servio se somam s tenses residuais de soldagem: material pode escoar (deformar), aliviando as tenses, e com isso a tenso final (residual + aplicada) no O consegue aumentar sua magnitude at chegar aos nveis do limite de resistncia; O material pode no escoar e a tenso final (residual + aplicada) atinje o limite de resistncia causando a ruptura em servio. Na realidade a formao da trinca o alvio das tenses que ultrapassaram a tenso limite de resistncia do material. 7.1.3. Como ocorre o alvio trmico de tenses ? A tenso limite de escoamento (assim como a tenso limite de resistncia) diminui com a temperatura, figura 3, o que significa que o material pode ser deformado em menores nveis de tenso. Quando se aquece um material cuja tenso residual se situa prxima ao limite de escoamento, esta tenso ultrapassa o limite de escoamento e o material se deforma, aliviando a tenso, figura 4. Como o aquecimento durante TTAT generalizado, e no localizado; e as taxas de aquecimento e resfriamento so controladas, no existe a gerao de tenses no resfriamento, garantindo menor nvel de tenses ao final do TTAT. 8. Dimensionamento de juntas soldadas 8.1. Normas tcnicas e qualificao em soldagem No caso especfico das operaes de soldagem, a realizao de soldas inadequadas durante a fabricao de certos tipos de estruturas ou equipamentos, tais como navios, pontes, oleodutos, componentes automotivos e vasos de presso, pode resultar em srios acidentes com grandes perdas materiais e, eventualmente, humanas e danos ao meio ambiente. Como consequncia, as operaes de soldagem para diversas aplicaes so reguladas

pordiferentes cdigos segundo a aplicao especfica. Como exemplo de cdigos e especificaes importantes ligados soldagem pode-se citar: ASME Boiler and Pressure Vessel Code (vasos de presso), API STD 1104, Standard for Welding Pipelines and Related Facilities (tubulaes e dutos na rea de petrleo), AWS D1.1, Structural Welding Code (estruturas soldadas de ao carbono e de baixa liga), DNV, Rules for Design, Construction and Inspecion of Offshore Structures (estruturas martimas de ao), Especificaes diferentes de associaes como a International Organization for Standardization (ISO), American Welding Society (AWS), British Standard Society (BS), Deustches Institute fur Normung (DIN), Association Francaise de Normalisation (NF), Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT), etc. Estes cdigos e especificaes podem cobrir as mais diferentes etapas de soldagem incluindo, por exemplo, a especificao de material (metal de base e consumveis), projeto e preparao da junta, qualificaes de procedimento e de operador e procedimento de inspeo. Para diversas aplicaes, as normas relevantes exigem que, antes da execuo da soldagem de produo, especificaes dos procedimentos que sero adotados para a sua execuo sejam preparadas e qualificadas. Este processo visa demonstrar que, atravs do procedimento proposto, soldas adequadas, de acordo com os requisitos colocados pela norma ou estabelecidos em contrato, possam ser obtidas. Alm disto, ele permite uniformizar e manter registro das condies especificadas de soldagem para controle do processo e eventual determinao de causas de falha. A Especificao de Procedimento de Soldagem (EPS) um documento no qual os valores permitidos de diversas variveis do processo esto registrados para serem adotados, pelo soldador ou operador de soldagem, durante a fabricao de uma dada junta soldada. Variveis importantes de um procedimento de soldagem e que, portanto, podem fazer parte de uma EPS incluem, por exemplo, a composio, classe e espessura do(s) metal(is) de base, processo(s) de soldagem, tipos de consumveis e suas caractersticas, projeto da junta, posio de soldagem, temperatura de pr-aquecimento e entre passes, corrente, tenso e velocidade de soldagem, aporte trmico, nmero aproximado de passes e tcnica operatria. Naturalmente, a forma exata de uma dada Especificao de Procedimento de Soldagem e as variveis por ela consideradas dependem da norma tcnica que est sendo aplicada. A figura 9.1 mostra um exemplo de formulrio para uma EPS. Para que possa ser utilizada na produo, uma EPS deve ser antes qualificada. Para isto, amostras adequadas devem ser preparadas e soldadas de acordo com a EPS. Corpos de prova devem ser retirados destas amostras e testados ou examinados, os resultados destes devem avaliados e, com base nos requerimentos estabelecidos pela norma, projeto ou contrato, o procedimento deve ser aprovado ou rejeitado (neste caso podendo ser convenientemente modificado e testado novamente). Os testes que sero realizados na qualificao de uma EPS, assim como o seu nmero, dimenses e posio no corpo de prova, dependem da aplicao e da norma considerada. Como testes, que podem ser requeridos, pode-se citar: Ensaio de dobramento, Ensaio de trao, Ensaio de impacto (ou outro ensaio para determinao de tenacidade), Ensaio de dureza, Macrografia, Ensaios no destrutivos (por exemplo, radiografia), e Testes de corroso. Os resultados dos testes devem ser colocados em um Registro de Qualificao de Procedimento (RQP) o qual deve ser referido pela EPS, servindo como um atestado de sua adequao aos critrios de aceitao estabelecidos. Enquanto os originais da EPS e RQP devem permanecer guardados, cpias da EPS j qualificada devem ser encaminhadas para o setor de produo e colocadas prximas das juntas que sero fabricadas de acordo com a EPS. Durante a fabricao, os valores indicados na EPS devero ser seguidos. Inspees peridicas so realizadas para verificar que o mesmo est ocorrendo. Dependendo do servio a ser executado, um grande nmero de juntas soldadas pode vir a exigir qualificao. Nestas condies, o processo de qualificao poder Ter um custo relativamente elevado e demandar um longo tempo para a sua execuo. Assim, a utilizao, quando possvel, de procedimentos de soldagem previamente qualificados, juntamente com a facilidade de acessar estes procedimentos (em um banco de dados) e selecion-los de acordo com os critrios dos cdigos que esto sendo usados, uma importante

estratgia para manter a prpria competitividade da empresa. Existem disponveis atualmente programas de computador especficos para o armazenamento e seleo de procedimento de soldagem. Para diversas aplicaes, o soldador (ou operador) precisa demonstrar, antes de poder realizar um dado tipo de soldagem na produo, que possui a habilidade necessria para executar aquele servio, isto , ele precisa ser qualificado de acordo com os requisitos de um dado cdigo. Para isto, ele dever soldar corpos de prova especficos, sob condies preestabelecidas e baseadas em uma EPS qualificada ou em dados de produo. Estes corpos de prova sero examinados para se determinar sua integridade e, desta forma, a habilidade de quem o soldou. Como impossvel avaliar o soldador em todas as situaes possveis de serem encontradas na produo, o exame de qualificao geralmente engloba uma determinada condio de soldagem e no uma situao especfica (tal como a qualificao para a soldagem em uma determinada posio com um dado processo). Segundo o cdigo ASME, as variveis que determinam a qualificao de um soldador so: Processo de soldagem, Tipo de junta, Posio de soldagem, Tipo de eletrodo, Espessura da junta, e Situao da raiz. Ensaios comumente usados na qualificao de soldador (ou operador) incluem, por exemplo, a inspeo visual da junta, ensaio de dobramento, macrografia, radiografia e ensaios prticos de fratura. Os resultados dos testes de qualificao so colocados em um documento chamado Registro de Teste de Qualificao de Soldador, figura 9.1. Como no caso de procedimentos de soldagem, a manuteno de uma equipe de soldadores devidamente qualificada para os tipos de servios que a empresa realiza, um importante fator para manter a competitividade desta. Portanto, o desenvolvimento de programas para o treinamento e aperfeioamento constante da equipe de forma a atender as demandas dos diferentes cdigos e clientes no deve relegado a um segundo plano de prioridades. As qualificaes de procedimento de soldagem e de soldador (ou operador) fazem parte do sistema de garantia da qualidade em soldagem. Este controle engloba diversas outras atividades apresentando uma maior ou menor complexidade em funo de cada empresa, seus objetivos e clientes e do servio particular. Em geral, trs etapas podem ser consideradas: 1. Controle antes da soldagem, que abrange, por exemplo, a anlise do projeto, credenciamento de fornecedores ou controle da recepo de material (metal de base e consumveis), qualificao de procedimento e de soldadores, calibrao e manuteno de equipamentos de soldagem e auxiliares. 2. Controle durante a soldagem, que inclui o controle dos materiais usados (ex.: controle da armazenagem e utilizao de eletrodos bsicos), da preparao, montagem e ponteamento das juntas e da execuo da soldagem. 3. Controle aps soldagem, que pode ser realizado atravs de inspees no destrutivas e de ensaios destrutivos de componentes selecionados por amostragem ou de corpos de prova soldados juntamente com a pea.

Figura 9.1 Formulrio para Especificao de Procedimento de Soldagem, baseado parcialmente no Cdigo ASME, Seo IX. Este formulrio uma adaptao simplificada de uso apenas didtico. (Ver na prxima pgina o verso do formulrio)

Figura 9.2 Exemplo (simplificado) de um formulrio para qualificao de soldador. 9. Estimativa de custos de soldagem

Clculo da massa de metal depositado (ms):

Tabela I Densidades aproximadas de algumas ligas:

Clculo do tempo de soldagem (tARC tempo de arco aberto): A. Com base na velocidade de soldagem (v):

Para uma soldagem com vrios passes, a velocidade v usada na equao anterior est definida como:

, onde vi a velocidade de soldagem por passe. B. Com base na taxa de deposio do processo (zm):

A taxa de deposio, isto , a quantidade de material depositado por unidade de tempo, depende de vrios fatores, incluindo o processo de soldagem, o tipo e o dimetro e o comprimento do eletrodo e o tipo, a polaridade e o nvel da corrente (figura 10.1), Se possvel, zm deve ser determinada em condies similares da aplicao.

Figura 10.1,taxa de deposio em funo da corrente aplicada. Observao: O nmero necessrio de passes para o preenchimento de uma junta pode ser estimado, para uma velocidade mdia vim por passe, como:

O tempo total da operao de soldagem (tT), incluindo o tempo de arco aberto e o tempo necessrio para outras operaes (remoo de escria e respingos, troca de eletrodos, posicionamento de cabeote, etc.) dado por:

onde o fator de ocupao ou de marcha. O fator de ocupao a razo entre tARC e tT. Valores de referncia o apresentados na tabela 10.1. Contudo, s como j foi colocado, valores a serem usados em clculos para uma dada aplicao devem ser, sempre que possvel, medidos em condies similares desta aplicao.

Tabela 10.1 Valores do fator de ocupao para diferentes modos de operao.

Clculo de custos em soldagem: a. Eletrodos (Ce):

onde a eficincia prtica de deposio (tabela 10.2) do processo e CeU o preo por peso do eletrodo (por exemplo, R$/kg). Tabela 10.2 Valores tpicos de para diferentes processos.

b. Fluxo (Cf):

onde Kf a razo entre o consumo de fluxo e o de eletrodo e CfU o preo por peso do fluxo. Se o fluxo no fundido durante a soldagem for corretamente reaproveitado, Kf tem um valor prximo de 1,0. Contudo, este parmetro varia bastante com as condies especficas de operao. Este tende, por exemplo, a aumentar com a tenso e a diminuir com a corrente de soldagem. c. Gs de Proteo (Cg):

onde VG a vazo de gs usada e CGU o preo por volume de gs (por exemplo, em R$/m3). Esta equao supe que exista um dispositivo eltrico ou mecnico para a abertura e fechamento do fluxo de gs sincronizado com o tempo de operao do arco e que no hajam vazamentos no sistema de alimentao de gs. Sem essas condies, o consumo de gs pode aumentar bastante. d. Mo de obra e custos fixos (Cl):

onde L e O so, respectivamente, os custos por unidade de tempo com mo de obra e gastos fixos.

e. Energia eltrica (Cel):

onde CelU (R$/kWh) o preo da energia eltrica, P (kW) a potncia eltrica mdia desprendida durante a soldagem e el a eficincia eltrica do equipamento de soldagem. Por exemplo, a eficincia de um transformador gira em torno de 80%. Exemplo: Desenvolva as equaes para o clculo do custo de um metro de solda para a junta (dimenses em mm) e as condies mostradas abaixo:

a. Clculo de As e de ms: As = 2 x 10 x [10 tan(60)] / 2 = 173mm2 = 1,73cm2 L = 1m = 100cm ms = 1,73cm2 x 100cm x 7,8g/cm3 = 1350g = 1,35kg b. Clculo de tARC: tARC = ms / zw = 1,35kg / 3,0kg/h = 0,45h = 27min. c. Custos para um metro de solda: Ce = (1,35kg/h / 0,9) x CeU = 1,45kg x CeU (Eletrodos) Cg = (15l/min x 27min) x CGU = (405 l) x CGU (Gs de proteo) Cl = (0,45h / 0,4) x (L + O) = 1,13h x (L + O) (Mo de obra) P = 220A x 25V = 5500w = 5,5kW (potncia) Cel = (5,5kW x 0,45h / 0,7) x CelU = 3,54kWh x CelU (Eletricidade) 10. Informaes sobre segurana na soldagem 10.1. Fumos e gases

10.1.1. Definio Fumos so partculas slidas que tem origem nos consumveis de soldagem, no metal base e qualquer camada protetora presente no metal base. Gases podem ser usados para proteger o metal de solda lquido ou serem produzidos durante a soldagem pelo efeito da radiao do arco eltrico sobre o meio ambiente. Informaes adequadas sobre o efeito destes fumos e gases podem ser obtidas na "Ficha de Segurana do Material" (Material Safety Data Sheets - MSDSS) para todos os materiais utilizados (consumveis, metais base e camadas protetoras). Para ajuda, consulte um especialista reconhecido em segurana industrial ou servios ambientais. A quantidade e composio dos fumos e gases depende das seguintes variveis: composio do metal de solda e do metal base, processo de soldagem, nvel de corrente, comprimento do arco e tipo de gs de proteo. 10.1.2. Possveis Efeitos da Super- Exposio aos Fumos e Gases

Dependendo da quantidade do material envolvido, a inalao de fumos e gases causa irritao nos olhos, na pele e no sistema respiratrio, alm do risco a complicaes mais severas. Esses efeitos podem ocorrer imediatamente aps a soldagem ou aps certo tempo. Fumos podem causar sintomas como nuseas, dor de cabea, tonteira e febre. Possibilidade de doenas mais srias existe quando materiais altamente txicos esto envolvidos. Por exemplo, superesposio ao mangans pode afetar o sistema nervoso central resultando em prejuzos na fala e nos movimentos. Em espaos confinados, a presso dos gases deslocam o ar respirvel e causar asfixia. 10.1.3. Como Evitar a Superexposio Conservar sua cabea longe dos fumos e gases. No respirar os fumos e gases. Usar ventilao e/ou exausto suficiente para reter os fumos e gases longe da regio de respirao dos soldadores e da rea em geral. Em muitos casos, a ventilao natural do galpo proporciona ventilao suficiente e ar fresco rea de soldagem e ao galpo. Onde a ventilao natural questionvel, use ventilao ou exausto mecnica para promover ar de qualidade. Se os controles at agora mencionados no so suficientes, use fontes externas de ar atravs de respiradores. Estes equipamentos devem ser manuseados apenas por pessoas qualificadas para estas funes. Trabalhar em espao confinado requer cuidados adicionais quanto aos fumos e gases. Veja informativo tcnico sobre este tema. Nunca trabalhe sozinho. Fumos provenientes de soldagem ou corte podem alterar a qualidade do ar causando prejuzos sade ou mesmo a morte. Seguir as normas da ABNT ou OSHA para obter os limites de exposio permissveis (LEP) para vrios fumos. As empresas devem contratar os servios de um Tcnico em Higiene Industrial ou Servios Ambientais para conferir a operao e qualidade do ar no ambiente de trabalho e fazer recomendaes especficas para operaes de soldagem ou de corte. 10.2. Radiao do Arco 10.2.1. Introduo A maioria dos processos de soldagem ao arco eltrico e corte, soldagem a laser, soldagem e corte oxi-acetilnico e brasagem, a quantidade de radiao emitida requer medidas de segurana. Alguns processos como soldagem por resistncia e soldagem por presso normalmente produzem muito pouca energia radiante. 10.2.2. Definio A radiao energia eletromagntica fornecida pelo arco ou chama que pode ferir os olhos e queimar a pele. Um operador v a luz visvel, entretanto no v ou percebe a radiao ultravioleta e a infravermelha. A radiao muitas vezes silenciosa e indetectvel, mas pode provocar danos ao corpo humano. Todos os usurios desses processos devem informar-se sobre os efeitos da radiao. 10.2.3. Efeitos da Radiao Os efeitos da radiao dependem do comprimento de onda, intensidade e do tempo exposto energia radiante. Apesar de uma variedade de efeitos serem possveis, seguem-se os 2 danos principais que so mais comuns: Queimadura na pele. Danos aos olhos. 10.2.4. Tipos de Radiao Os 2 tipos de radiao associados com operaes de soldagem: Ionizantes (como raio-x) No - Ionizantes (como ultravioleta, luz visvel e infravermelho). 10.2.5. Radiao Ionizante Produzida pelo processo de soldagem com feixe eletrnico. Pode ser controlada dentro de limites aceitveis quando usada proteo adequada na rea ao redor do feixe de eltrons. Produzida durante a ao de esmerilhar (apontar) a ponta do eletrodo de Tungstnio-Thrio para o processo TIG (GTAW - Gas Tungsten Arc Welding). O p formado pelo esmerilhamento radioativo.

Pode ser controlado pela exausto local. 10.2.6. Radiao No-Ionizante A intensidade e comprimento de onda da energia produzida dependem do processo e dos parmetros de soldagem, da composio qumica do metal base e do eletrodo, fluxos e qualquer camada ou revestimento sobre o material base. A radiao ultravioleta aumenta aproximadamente com o quadrado da energia de soldagem A radiao visvel emitida pelo arco aumenta em uma taxa muito menor. Processos que usam argnio como gs de proteo aumentam a quantidade da produo de radiao ultravioleta que processos usando outros tipos de gases. 10.2.7. Como se Proteger Contra Radiao Ionizante A proteo requerida varia com o tempo de exposio, distncia da fonte e o grau de proteo do equipamento. Seguir recomendaes da norma AWS F2.1. Evite inalar o p do esmerilhamento da ponta de eletrodos de Tungstnio-Thrio. Sempre use exausto local. A radiao emitida pelos eletrodos de Tungstnio-Thrio durante seu armazenamento, soldagem e descarte de resduos desprezvel quando sob condies normais. 10.2.8. Como se Proteger Contra Radiao No-Ionizante Use capacete ou mscara de soldagem com o filtro de proteo correto de acordo com ANSI Z87.1. Cortinas coloridas so usadas em soldagem no so usados para proteger transeuntes de exposio acidental acidental radiao. No devem ser usadas como filtros para soldagem Proteger a pele com luvas e roupas adequadas de acordo com ANSI Z49.1. Esteja atento aos reflexos do arco eltrico, e proteja as pessoas destas intensas radiaes. Nota: Paredes pintadas com tintas com pigmentos base de dixido de Titnio ou oxido de zinco tm baixa refletncia radiao ultravioleta. Operaes de soldagem em locais que tem outros trabalhadores, garanta que estes no fiquem expostos radiao. Use anteparos ou cortinas em locais adequados para evitar a exposio dos outros trabalhadores ou transeuntes. Use culos de segurana com proteo UV e proteo lateral alm do capacete de soldagem com o de filtro de proteo adequado. A proteo lateral necessria para evitar a radiao refletida. Todas as pessoas devem usar esses culos de segurana com proteo UV e proteo lateral sempre que estiver prximo das reas de corte ou soldagem. Escolher os culos de segurana de acordo com ANSI Z87.1. 10.3. Choque Eltrico 10.3.1. Introduo Choque eltrico proveniente de processos de soldagem e corte pode matar ou causar severas queimaduras e ferimentos. O eletrodo e o circuito de trabalho encontram-se energizados eletricamente quando a soldagem iniciada.O circuito das maquinas de solda tambm encontram-se energizados quando o comando acionado. O arame de soldagem, o carretel e rolos de alimentao do arame encontram-se energizados durante a soldagem Como Evitar o Choque Eltrico Use medidas de segurana adequadas, praticas e procedimentos de segurana e treine os soldadores para o uso adequado dos equipamentos de soldagem e corte para evitar ferimentos, fatalidades e acidentes eltricos como se seguem: Leia o manual de instruo antes de instalar, operar ou fazer manuteno do equipamento. Toda a instalao, operao, manuteno e reparos realizados nos equipamentos de soldagem devem ser feitos apenas por pessoal qualificado. Toda a instalao, operao, manuteno e reparos realizados nos equipamentos de soldagem devem ser feitos apenas por pessoal qualificado. Instale adequadamente o equipamento e o cabo terra de acordo com o manual de instruo do fabricante e normas e cdigos locais, estaduais e nacionais. No tocar nas partes eltricas vivas.

Usar luvas secas e isolantes e em boas condies.Usar roupas de proteo. Isole-se da pea de trabalho e do cabo terra usando sapatos com sola de borracha ou posicione-se sobre um estrado ou plataforma isolada e seca. Use tochas e porta-eletrodos isolados. Nunca mergulhe o porta-eletrodo ou tocha na gua para resfri-los. Nunca coloque o porta-eletrodo ou tocha sobre superfcie condutora ou sobre a pea de trabalho. Nunca toque porta-eletrodos conectados a 2 mquinas de soldagem ao mesmo tempo. Nunca encoste em outra pessoa com o porta-eletrodo ou o eletrodo. No usar cabos de alimentao ou cabo terra, cabo da tocha ou do porta-eletrodo danificados, gastos, pequenos ou fracos. Garanta que todas as conexes de cabos sejam seguras, estando firmes, limpas e secas e com bom contato eltrico entre si. No enrole os cabos de soldagem em torno do seu corpo. Aterre a pea de trabalho conforme requerido pelas normas. No toque em um eletrodo energizado enquanto voc estiver em contato com o circuito de trabalho. Em espaos confinados ou em locais com riscos eltricos devido a presena de gua ou transpirao, no use equipamentos em CA (corrente alternada) a menos que esteja equipado com redutor de voltagem e controle remoto. Use equipamento de soldagem com CC (corrente contnua). Use cintos de segurana ao trabalha acima do nvel do solo, em locais onde no existem medidas de proteo como grades, paredes, cercas ou equivalentes. Desligar todo o equipamento quando no estiver sendo usado. Desconectar a entrada de energia do equipamento se este no for utilizado ou estiver fora de uso. Desconecte a entrada de energia ou pare o motor antes de instalar ou reparar o equipamento de soldagem. Use apenas equipamentos em bom estado de manuteno. Faa reparos ou troque peas defeituosas antes de usar os equipamentos. Mantenha todas as tampas e painis de segurana dos equipamentos no lugar.

10.3.2. Utilizao de Marcapassos A tecnologia de marcapassos para o corao e a forma como estes dispositivos so afetados por outros equipamentos eltricos mudam freqentemente. O uso de marcapasso ou outros equipamentos eletrnicos vitais para o corpo humano devem ser verificados por um medico para determinar qualquer risco existente quando se esta perto de operaes de soldagem ou corte. 10.3.3. Tratamento para Choques Eltricos Desligar a energia e o equipamento de soldagem. Use material no condutor, como a madeira ou mantas isolantes para puxar a vtima para longe do contato com partes energizadas. Se a vtima no estiver respirando, use um ressuscitador cardiopulmonar aps eliminar o contato com a fonte de eletricidade. Chamar um mdico e continuar usando o ressuscitador at o inicio da respirao ou a chegada do mdico. Tratar uma queimadura de eletricidade como uma queimadura pelo calor, com a aplicao de compressa de gelo e limpeza do local. Para prevenir a contaminao deve-se cobrir a regio da queimadura com um pano seco e limpo.

10.4. Rudos 10.4.1. Introduo Operaes de soldagem e corte podem produzir rudos que podem ter origem no processo, na fonte de energia ou outro equipamento. Goivagem com eletrodo de carbono e corte a arco plasma so exemplos de processos que emitem muito barulho. Geradores usados como fonte de energia tambm so bem barulhentos. Rudo excessivo um conhecido perigo a sade. 10.4.2. Definio Rudos so compostos de ondas como muitos tipos de freqncias e envolvem mudanas aleatrias na freqncia ou amplitude. Ondas sonoras so produzidas quando o ar mecanicamente perturbado. O som medido pela sua freqncia (alta ou baixa) e intensidade (intensidade de som). Na prtica, o rudo um som indesejvel e

desagradvel. Isso significa que rudos so os sons que preferencialmente no devemos ouvir e muitas vezes necessitamos evitar ouvir por razes de segurana. 10.4.3. Efeitos da Superexposio ao Rudo Danos audio, que podem ser total ou parcial, temporrio ou permanente. Danos audio pode ocorrer de forma temporria, de forma que a audio pode ser recuperada quando se removem as fontes de rudo. Rudos criam tenses que podem afetar seu bem estar fsico e mental. Causa acidentes quando voc no pode ouvir instrues ou avisos de perigo. Quando uma pessoa exposta a um nvel de rudo por um longo perodo de tempo, o dano audio pode se tornar permanente. O tempo requerido para se desenvolver um dano permanente audio depende da susceptibilidade individual, do nvel de rudo e da durao da exposio. H evidencias que o rudo excessivo afeta as funes corporais assim como o comportamento das pessoas. 10.4.4. Como se Proteger Contra o Rudo Excessivo Reduzir a intensidade da fonte de rudos. Usar revestimento anti-ruidos quando isso for possvel ou prtico. Usar mtodos de controle como cmaras acsticas para reduzir o rudo. Se esses mtodos no conseguem reduzir os rudos a nveis aceitveis, use protetores pessoais como abafadores ou protetores auriculares apropriados para cada situao. Seguir normas da ABNT e OSHA que normalmente requerem um programa de controle da audio se nveis de rudo alcanarem 85dB. Se o nvel de rudo questionvel, contrate servios de um especialista em segurana industrial para medir a quantidade de rudos no ambiente de trabalho e fazer recomendaes.

11. Processos de soldagem por fuso 11.1. Soldagem oxi-gs (OxiFuel Welding)

Solda feita por aquecimento das peas com chama obtida de gases oxi combustveis chamada de Solda a gs. Este processo foi introduzido industrialmente em 1903 e foi usado extensivamente, aproximadamente, por meio sculo. No entanto, com o desenvolvimento de mtodos mais sofisticados agora largamente usado para unir componentes e reparo de metais ferrosos e no- ferrosos. Como processo no requer eletricidade algumas vezes seu uso indispensvel, principalmente onde no existe eletricidade. A intensidade do calor gerado na chama depende da mistura gs oxi combustvel a uma determinada presso dos gases. O oxignio utilizado para proporcionar combusto do gs mas pode ser usado ar comprimido no lugar do oxignio, mas isto proporciona uma baixa eficincia trmica e conseqentemente reduo na velocidade de soldagem; a qualidade da solda tambm afetada. A escolha do gs, importante, pois permite obter uma velocidade de soldagem e uma qualidade desejada no cordo de solda. 11.1.1. Gases O gs geralmente empregado o acetileno, outros gases alm do acetileno podem ser empregados embora os mesmos fornecem menos intensidade de calor e conseqentemente uma menor temperatura. Estes gases podem utilizar tanto o oxignio e o ar para manter a combusto (tabela 12.1). Algumas vezes o gs de carvo, vapor de querosene e de petrleo so tambm usados como gs combustvel.

Tabela 12.1. Temperatura mxima de combusto com diferentes gases Gs combustvel Acetileno (C2H2) Hidrognio (H2) Propano (C3H8) Butano (C4H10) MAPP (Methyl Acetylene propadiene) (C3H4) Gs natural (CH4 e H2) Temperatura de combusto (C) Com oxignio Com ar 3480 2650 2980 2200 2925 2090 2980 2150 2925 1470 2775 2090

11.1.2. Propriedades, produo e armazenagem de gases. Os gases mais usados em solda de gs oxi-combustvel so o oxignio e o acetileno. 11.1.2.1. Oxignio um gs incolor, inodoro, inspido e ligeiramente mais pesado que o ar. Um litro de oxignio lquido pesa 1,14 Kg e produz 860 litros de oxignio gasoso na evaporao. Oxignio comercial produzido tambm por eletrlise da gua ou mais usualmente pela liquefao do ar atmosfrico. O princpio bsico do processo de liquefao e que todos os gases vaporizam a diferentes temperaturas. Ento, neste processo o ar ser primeiramente forado a passar atravs da soda custica e com a temperatura baixa de at -194 C na qual se liquefaz todos os componentes do ar. Quando este ar liquefeito e colocado para evaporar lentamente, o nitrognio e o argnio vaporizam mais rapidamente deixando para trs oxignio quase puro que ento evaporado e comprimido dentro de um cilindro de ao a uma presso de aproximadamente 15 MPa em um recipiente a temperatura de 20C. O oxignio est pronto para ser transportado para uso em soldagem ou corte por oxi-acetileno. Oxignio comprimido estando em contato com gordura ou leo oxida-se em uma taxa extremamente rpida, ento ocorre auto-ignio e pode explodir. Portanto os cilindros contendo oxignio devem ser protegidos do contato com lubrificantes. 11.1.2.2. Acetileno. O acetileno industrial um gs incolor que tem um picante e nauseante odor (cheiro caracterstico de alho) devido a presena de impurezas. Ele mais leve que o ar por um fator de 1:1 pode ser facilmente dissolve em lquidos. Com apenas pequenas quantidades de mistura de acetileno com oxignio ou ar, esta mistura pode explodir a presso atmosfrica; isto demonstra o cuidado que se deve ter no manuseio do equipamento de soldagem ou corte por oxi-acetileno. Gs acetileno produzido por uma reao de gua e carboneto de clcio. Carboneto de clcio formado pela fuso de carvo ou antracite com pedra calcria em alta temperatura em um forno eltrico pela seguinte reao:

O carboneto de clcio produzido ser resfriado e comprimido em diferentes tipos de blocos e reativado com gua para produzir acetileno que ento purificado pela lavagem com gua para limpar dos restos de sulfeto e fsforo.

Na reao acima, dependo do tamanho do bloco e das impurezas, mas 1 Kg de CaC2 gerar 250 a 280 litros de gs acetileno. Acetileno utilizado em solda pode ser acondicionado em cilindro ou gerado diretamente por carbonato de clcio e gua prontos para ser utilizados em soldagem em determinados equipamentos. O acetileno auto explosivo a presses abaixo de 2 bar portanto no podem ser comprimidos diretamente dentro de simples cilindros. Quando o acetileno retirado do cilindro alguma acetona tambm levada com ele. Para minimizar a perda de acetona, acetileno no deve ser escoado a uma velocidade maior do que 1700 l/min. Deve deixar no cilindro vazio de acetileno uma presso positiva de 0,05 a 0,1 MPa a uma temperatura de 20oC, enquanto que em uma temperatura de 35oC a presso deve ser de 0,3 MPa. Quando em uso, o cilindro de acetileno deve sempre ficar na posio vertical pois a quantidade excessiva de acetona que pode escapar com acetileno torna a chama com uma cor purprea e resulta em uma pobre qualidade de solda. Embora pode-se usar o acetileno dissolvido, alguns dos usurios preferem produzir o seu prprio suprimento de carbonato de clcio e gua em um equipamento chamado de Gerador de Acetileno. Dois principais mtodos podem ser empregados para gerar o acetileno: (i) carbonato com gua, e (ii) gua com carbonato. O mtodo carbonato com gua mais comum. Ele necessita de pequenas amostras de carbonato para ser adicionado em um reservatrio de gua. Estes geradores podem ser classificados como unidades de baixa presso, onde a mesma no deva exceder 10 KPa, unidades de mdia presso tem uma presso de gs 10 -70 KPa e unidades de alta presso que tem gs de 70 a 150 KPa. Contudo, presses baixa ou mdia so mais usadas na prtica. A taxa de produo a baixa presso de um gerador porttil ultrapassa 850 l/hora. O acetileno produzido em geradores so conhecidos com acetileno gerado. O equipamento bsico para soldagem manual consiste de fontes de oxignio e gs combustvel, reguladores de vazo, mangueiras e do maarico. O oxignio , em geral, fornecido em cilindros de gs comprimido (200atm). Em locais onde este gs muito utilizado, ele pode ser fornecido a partir de instalaes centralizadas. O acetileno fornecido em geral dissolvido em acetona dentro de cilindros prprios. Geradores de acetileno, onde este produzido pela reao de carbureto de clcio e gua tambm podem ser usados. Os maaricos so dispositivos que recebem o oxignio e o gs combustvel, fazem a sua mistura na proporo correta e liberam esta mistura, no seu bico, com uma velocidade adequada para a sua queima. O equipamento para soldagem OFW (figura 12.1) muito verstil, podendo ser utilizado, atravs de mudanas de regulagem ou troca de bicos do maarico, para corte a oxignio, tratamento trmico de pequenas peas e para brasagem.

Figura 12.1. Equipamento de soldagem oxi-gas. 11.1.3. Cilindros de Gs comprimido.

Existe uma variao muito grande dos cilindros de gs comprimido em capacidade, modelo e na cor. Na maioria dos pases, no entanto, o tamanho destes cilindros varia entre 6 e 7 m3 e tm cor preta ou verde para oxignio e marrom para acetileno. O oxignio tem que estar armazenado de forma definitiva em cilindros de ao que possa ser usado na soldagem a qualquer instante. A parte superior do cilindro no pintada para deixar em evidencia os dados que o fabricante marcou tal como o nmero de srie, peso lquido, data de fabricao, data para prxima inspeo, operao e teste de presso, capacidade, e inspetor. Por causa da alta presso nos cilindros de ao e a possibilidade de deteriorao das paredes do cilindro de gs comprimido necessrio que sejam testados em intervalos regulares de cinco anos. Logo aps o uso, uma presso positiva de oxignio deveria ser sempre deixada nos cilindros de forma que possam ser identificados para carga e recarga. Quando a temperatura ambiente passa de 200C, a presso dos cilindros aumenta correspondentemente. Ento, a presso pode aumentar demais podendo romper o cilindro, um nipe de segurana ento colocada na vlvula como mostrado na figura 12.2.

Figura 12.2. vlvula de segurana de cilindro de gs comprimido. 11.1.4. Vlvulas Todas as vlvulas so constitudas e operadas no mesmo princpio. A funo delas e fechar o ar comprimido ou liqefeito no cilindro. Cada vlvula consiste de uma haste que pode ser movida para cima ou para baixo pela rotao de um disco que girado pode levantar ou abaixar a placa da vlvula abrindo ou fechando o cilindro. Vlvulas para cilindros de oxignio so feitas de lato que no e corroda quando exposta ao oxignio. Reguladores de presso do oxignio so conectados as vlvulas do cilindros. Vlvulas ajustadoras no cilindro de oxignio devem ser mantidas limpas e livres de leo ou graxa. Estas vlvulas podem ser usadas em cilindros contendo nitrognio, argnio, ar comprimido e dixido de carbono. Vlvulas para cilindros de acetileno so feitas de ao porque ligas contendo mais de 70 % de cobre quando expostas ao acetileno por longo tempo reage com ele para forma acetileno de cobre e formando dentro um gel que pode dissociar violentamente ou explodir at quando for apenas ligeiramente lacrado ou tapado. Reguladores de presso so conectados as vlvulas de cilindro de acetileno por clipes, e a vlvula aberta e fechada com uma chave de boca especial. 11.1.5. Reguladores de Presso Reguladores de presso de gases so necessrios para reduzir a presso do gs em um cilindro ou controlar a presso usada na tocha de solda. O princpio de construo de reguladores para diferentes gases o mesmo, isto se deve sempre por causa da presso que eles so submetidos para controlar diferentes soldagens de gs a gs (por exemplo 150 bar para oxignio e 17 bar para o acetileno) alm do mais eles so designados para manter respectivamente diferentes presses. Isto ocorre porque um regulador de gs usado apenas para o gs para o qual ele designado. Para evitar confuso e perigos, a conexo para gases combustveis e tubos de oxignio tm roscas diferentes e correspondentes ao filetes das vlvulas, um tem rosca direita o outro com rosca esquerda. Existem dois tipos de reguladores, com um e dois estgios. Esquema representativo para os dois tipos de reguladores so mostrados na figura 12.3. Um regulador de um nico estgio reduz a presso do gs no cilindro para a presso de trabalho em um nico passo. Em reguladores de dois estgios a presso do cilindro reduzida para a presso de trabalho em dois passos. No primeiro passo o gs do cilindro reduzido a um valor

intermedirio e no segundo passo a presso intermediria reduzida a presso de trabalho na tocha de solda. Por exemplo, em reguladores de oxignio de dois estgios a presso reduzida de 15 MPa a 5 MPa no primeiro estgio e de 5 MPa para prximo da presso atmosfrica no segundo estgio.

Figura 12.3. regulador de presso (a) simples estagio, (b) duplo estagio. 11.1.6. Mangueiras O acetileno e oxignio so levados do cilindro para tocha de solda por meio de mangueiras feitas de borracha reforada com as cores vermelha, preta ou verde, capaz de conduzir os gases em linhas com altas presses a uma temperatura moderada. Mangueiras de cor verdes so destinadas para o oxignio e as coneces so feitas com nipples de rosca plana e a direita. Mangueiras vermelhas so usadas para levar gs combustvel com porca diferenciada com rosca a esquerda para conectar na sada do regulador de presso e na conexo com a tocha. Na industria normalmente usa mangueiras pretas para transportar outro gs combustvel. Uma tocha de soldagem tem o propsito de fornecer volumes corretos de gs combustvel e de oxignio, e mistur-los adequadamente para a combusto para atender as especificaes da solda projetada. O fluxo de gs na tocha controlado com a ajuda de duas vlvulas localizada no punho da tocha como mostra na figura 12.4.

Figura 12.4. tocha de soldagem Existem dois tipos bsicos de maarico de solda: de presso positiva - Tipo misturador (tambm chamado de mdia presso) e de baixa presso ou tipo injetor (figura 12.5a e 12.5b).

(a)

(b)

Figura 12.5. (a) maarico de alta presso, (b) maarico de baixa presso. 11.1.7. Bicos O bico da tocha de solda a parte na qual se localiza na frente onde ocorre a mistura de gs, esta mistura feita internamente a tocha antes que de entrar em ignio para dar a chama desejada. Os bicos possibilitam o soldador guiar e direcionar a chama para o trabalho com facilidade e eficincia. Os bicos de solda so geralmente feitos de ligas a base de cobre de alta condutividade trmica suficiente para reduzir o risco de super aquecimento. Os bicos de solda so feitos de diferentes tamanhos e podem ser inteirio, isto de apenas uma pea ou duas como mostrado na figura 12.6. O tamanho e tipo do bico de solda determinado pelo dimetro de seu orifcio. O tipo de bico de solda feito para realizar um dado trabalho determinado pelo metal a ser soldado e sua espessura. A vantagem do bico de solda de duas peas que ao invs de trocar o bico completo preciso trocar apenas a cabea do bico ou encaixar uma pequena parte no seu final.

Figura 12.6. (a) bico inteirio, (b) bico removvel. 11.1.8. Limpadores de bicos e Acendedores Para controlar a chama de gs oxi combustvel essencial que o orifcio do bico de solda esteja limpo, liso e paralelo como mostrado na figura 12.7-a. Se este orifcio estiver sujo, gasto ou obstrudo com salpico de metal etc. como mostra a figura 12.7b e 12.7c, a chama ser assimtrica e distorcida que pode ser difcil para usar. Se o bico estiver gasto com formato de um sino, figura 12.7-c, ser necessrio corrigi-lo e se as partculas de metal forem depositada dentro do orifcio o mesmo deve ser removidas com a ajuda de um limpador de bico.

Figura 12.7. bicos de soldagem (a) com paredes limpas, (b) obstrudo, (c) com ponta danificada e (d) limpador de bico. 11.1.9. Chama Oxiacetileno Estruturalmente como mostrado na figura 12.8, uma chama oxiacetileno consiste de trs partes visveis, uma dentro do cone, uma zona reduzida no meio conhecida como penacho acetileno, uma zona exterior oxidante denominada chama evolvente ou flamejante. Toda a chama produzida pelo suprimento de aproximadamente volumes iguais de acetileno e oxignio para a tocha de solda. Em relao aos tipos h trs tipos bsicos de chama (chama redutora ou carburante, chama neutra ou balanceada e chama oxidante). Alm da natureza qumica, estas chamas tambm diferem na estrutura e forma.

Figura 12.8. partes de uma chama oxi-acetilenica. 11.1.10. Ignio e Ajuste da Chama

Uma vez montado e ajustado adequadamente os equipamentos a execuo da solda requer a ignio da chama oxiacetileno, a manipulao do maarico conduz a chama no movimento desejado, aplicao de material de adio na poa de solda e o uso de fluxos para obter a solda com a qualidade desejada. O primeiro passo na ignio da chama abrir a vlvula de acetileno no maarico de solda e dar ignio neste gs, afastado do bico, pelo uso de um acendedor. O acetileno pega fogo e queima utilizando o oxignio do ar. O procedimento usual para ajustar o gs acetileno consiste em abrir o acetileno at a chama separar do bico e ento fechar lentamente at a chama juntar-se ao bico. Tal chama tem cor laranja com muita fumaa vinda dela devido ao excesso de carbono liberado na at