Avaliacao Das Principais Descontinuidades Encontradas Nas Juntas Soldadas
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CONSTRUMETAL CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUO METLICASo Paulo Brasil 31 de agosto a 2 de setembro, 2010
Avaliao das Principais Descontinuidades Encontradas nas
Juntas Soldadas, Causas e Possveis Solues.
Paulo Rogerio Santos de Novais *
* Tecnlogo Mecnico em Soldagem Atuou como Instrutor do Departamento de Soldagem
da FATEC / SP Atualmente trabalha na Belgo Bekaert Arames Ltda.
Resumo:
Os processos de soldagem utilizados para a fabricao e montagem de estruturas
metlicas, podem apresentar diversos tipos de descontinuidades, ou defeitos, quecomprometem a integridade, o desempenho, a competitividade e a qualidade das
estruturas metlicas.
Esse trabalho tem por objetivo, apresentar e detalhar as principais descontinuidades
observadas nos processos de soldagem, Eletrodos Revestidos (SMAW), MIG/MAG
(GMAW) e Arco Submerso (SAW).
Processos esses que so utilizados freqentemente na fabricao e montagem de estruturas
e conjuntos soldados, suas causas potenciais, a correta forma de minimizar e corrigir essas
distores.
Palavras-Chave: processos de soldagem; descontinuidades e solues.
1. Introduo:
Atualmente, as estruturas metlicas no mercado nacional so produzidas e montadas em
campo, atravs dos processos de soldagem, Eletrodos Revestidos (SMAW), MIG/MAG(GMAW) e Arco Submerso (SAW) utilizados na fabricao de estruturas metlicas.
A nomenclatura dos processos de soldagem, utilizadas nesse artigo, ser adotada
conforme definio daAWS American Welding Society.
As descontinuidades geralmente so geradas por desvio do processo de soldagem, falha
operacional, falhas dos equipamentos ou acessrios.
Esses desvios podem aparecer de forma isolada ou combinada.
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Os processos de soldagem possuem caractersticas diferenciadas, com suas vantagens,
aplicabilidade e limitaes.
A correta escolha do processo, bem como conhecer as possveis descontinuidades, e a
forma de minimiz-las uma importante ferramenta para as empresas no controle de
custos, segurana da estrutura e garantia da Qualidade, sejam fabricantes de estruturas
metlicas ou montadoras, tanto em conjuntos de pequeno e grande porte.
2. Definio de Descontinuidade:
Descontinuidade a interrupo fsica causada em um material pela abertura de uma trinca ou
pela presena de um segundo material: gs, incluso de escria; so comumente chamadas de
defeitos em soldagem.As descontinuidades podem ser classificadas quanto origem e a forma.
Com relao origem, as descontinuidades podem ser:
Geomtricas
Metalrgicas
Com relao forma, podem ser:
Planas
Volumtricas
2.1 Descontinuidades Geomtricas:
So geradas na etapa de montagem e de soldagem. Os exemplos mais comuns so falta defuso, de penetrao e mordedura, desalinhamento, superposio, deposio insuficiente.
2.2 Descontinuidades Metalrgicas:
So originados por fenmenos metalrgicos presente na poa de fuso como o refino, a
desoxidao, a desgaseificao e as transformaes de fases no estado slido, estas tanto na
zona fundida (ZF) quanto na zona afetada pelo calor (ZAC).
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2.3 Descontinuidades Planas:
Apresentam praticamente duas dimenses: o caso das trincas de solidificao e das trincas
introduzidas por hidrognio, da falta de fuso e penetrao.
Essas descontinuidades geram uma concentrao de tenso muito elevada nas suas
extremidades e geralmente devem ser reparadas.
2.4 Descontinuidades Volumtricas:
Apresentam trs dimenses: poros, incluses de escria e incluses de tungstnio, no caso do
processo TIG (GTAW).
Apresentam concentrao de tenso bem menor que as descontinuidades planas e, por isso,
so menos crticas que estas.
3. Principais Descontinuidades em Soldagem:
Podemos observar diversos tipos de descontinuidades, sendo as principais:
Porosidade; Falta de fuso / Falta de Penetrao;
Respingos;
Mordeduras;
Trincas;
Incluses de escria;
4. Definio de Porosidade:
Porosidade pode ser definida como um espao vazio formado pelo aprisionamento de gs
durante a solidificao.
Pode ser esfrico ou cilndrico (alongado); gerado pela umidade do consumvel ou falha na
proteo gasosa, ou outro desvio durante o processo.
um defeito volumtrico, geralmente aceito pelas normas de qualificao de procedimentos e
soldadores at uma determinada dimenso e distribuio.
Deve ser corretamente avaliada, para que seja reparada e adequada ao critrio da norma ouespecificao do projeto. As figuras 1 e 2 apresentam exemplos de ocorrncia de porosidade.
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4.1. Porosidade Causas e Possveis Solues:
Causas: Possveis Solues: Processos deSoldagem:
Baixa vazo de gs ouobstruo da sada de gs
por respingos.
Aumentar a vazo de gs e/oulimpar o bocal regularmente
GMAW
Excesso de vazo de gs(turbulncia)
Diminuir a vazo de gs paraeliminar a turbulncia
GMAW
Excessivas correntes de ar Proteger a regio de solda dovento GMAW / SMAW
Arame oxidado ou sujo Utilizar exclusivamente arameslimpos e secos
GMAW / SAW
Proteo insuficiente devidoa elevada velocidade de
soldagem
Reduzir a velocidade GMAW
Tocha muito distante da
pea
Aproximar a tocha da pea e, ao
final da solda, mant-la sobre apoa de fuso at que se
solidifique.
GMAW
ngulo de deslocamentomuito grande.
Diminuir o ngulo dedeslocamento da tocha.
GMAW
Metal base contaminado(leo; graxa; tinta; oxidao)
Melhorar a limpeza da pea GMAW / SAW /SMAW
Tenso muito alta / Correntemuito baixa
Diminuir a tenso / aumentarcorrente
GMAW / SAW /SMAW
Contaminao do gs deproteo
Utilizar gases de proteo dealta qualidade e verificar
vazamentos, inclusive oring daguia espiral, checar pr-vazo.
GMAW
Metal Base com S>0,05%e/ou alto nvel de incluses
Utilizar metais base comS
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Tabela 1: Nomenclatura dos Processos Conforme AWS American Welding Society
Figura 1: Micrografia apresentando Porosidade Figura 2: Porosidade Superficial.
5. Definio de Falta de Fuso / Falta de Penetrao:
Falta de Fuso uma descontinuidade caracterizada pelo no coalescimento de parte do
cordo de solda, na lateral do chanfro ou entre cordes na soldagem de multipasse.
Pode ser causada pela insuficincia da energia de soldagem para fundir as laterais do chanfro
ou por algum tipo de contaminao superficial que isola termicamente a face do chanfro da
fonte de calor.
A Falta de Penetrao est relacionada ao cordo de solda, que no une completamente as
partes a serem soldadas ao longo da espessura. Isto ocorre porque parte da raiz do cordo de
solda no foram completamente fundidas.
Apresentamos na figura 3, uma junta com defeitos combinados; Mordeduras Falta de Fuso e
Respingos.
5.1. Falta de Fuso / Falta de Penetrao Causas e Possveis Solues:
Causas: Possveis Solues: Processos de Soldagem:
Parmetros de soldageminadequados
Aumentar a voltagem e avelocidade de alimentao do
arame.Reduzir a velocidade de
soldagem.Diminuir a distncia do bico de
contato pea.Reduzir o dimetro do arame.Reduzir a dimenso de cada
cordo de solda.
GMAW / SAW /SMAW
Manipulao inadequada datocha:
Tocha descentralizada nochanfro, no passe de raiz.
Inclinao excessiva da tocha
Distribuir o calor do arco emambas as faces do chanfro.
Manter a inclinao corretaAlterar o projeto da unio ou
a seqncia de montagem, GMAW
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para o lado.Falta de acesso ao chanfro.
ou ainda, usar um bocalmenor.
Desenho de chanfroinadequado:
ngulo de chanfro muitopequeno.
Face da raiz (nariz) muitogrande.
Desalinhamento.
Aumentar a abertura da raiz.Aumentar o ngulo do chanfro
Reduzir o narizReduzir o desalinhamento.
GMAW / SAW /SMAW
A poa de fuso se adianta emrelao ao arco e impede aperfeita fuso das bordas:
Velocidade de soldagem muitobaixa ou taxa de deposiomuito alta. Este defeito podeocorrer mais facilmente na
posio vertical descendente
Reduzir a dimenso de cadacordo individual. Diminuir avelocidade de alimentao de
arame na posio vertical
descendente.
GMAW / SAW /SMAW
Tabela 2: Nomenclatura dos Processos Conforme AWS American Welding Society
Figura. 3: Junta com Mordedura Falta de Fuso e Respingos.
6. Definio de Respingos:
Partculas metlicas expelidas durante a soldagem por fuso e que no fazem parte da solda.
Podem ficar aderidas nas adjacncias da solda ou no.
Normalmente, o respingo, no considerado um defeito srio, a no ser que sua presena
interfira nas operaes subseqentes.
Os respingos em excesso, tambm podem ser um indicativo de que o processo no estestvel. A figura 5 ilustra uma junta com respingos.
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6.1. Respingos Causas e Possveis Solues:
Causas: Possveis Solues: Processos deSoldagem:
Mau contato nos cabos desolda
Limpar pontos de contato eajust-los
GMAW
Distncia do bico de contato pea muito elevada
Diminuir a distncia da tocha pea
GMAW
Vazo de gs inadequada Ajustar a vazo de gs GMAW / SMAW
Controle inadequado daindutncia, especialmente na
transferncia por curto-circuito.
Ajustar indutncia (se aplicvel) GMAW / SAW
Posicionamento da tocha A tcnica de soldagem arcoquente, diminui respingos
GMAW
Com mquinas de solda
convencionais, quanto maioro teor de CO2/Gases
oxidantes, maior o nvel derespingos.
Usar misturas ricas em argnio
GMAW
Tipo de fonte e a tecnologiade construo e controle
Usar fontes que permitam oajuste fino e preciso dos
parmetros de soldagem
GMAW
Metal base contaminado(gua; leo; graxa; tinta;
oxidao)
Melhorar a limpeza da pea GMAW / SAW /SMAW
Consumvel oxidado, sujoou mido.
Utilizar exclusivamente arameslimpos e secos
GMAW / SAW /SMAW
Contaminao do gs deproteo
Utilizar gases de proteo dealta qualidade e verificar
vazamentos
GMAW
Tenso / Corrente muito alta tipo de transferncia
Ajustar Tenso Corrente evitar a transferncia Globular
GMAW / SAW / SMAW
Polaridade incorreta (CC-) Corrigir para polaridade correta(CC+)
GMAW / SAW
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Velocidade de soldagemmuito alta
Diminuir a velocidade desoldagem / ajustar aporte de
calor a velocidade de soldagemGMAW / SAW / SMAW
Composio qumica doarame inadequada
Utilizar arames comcomposies qumicas
adequadas aplicao - Apesarda baixa influncia, se
comparada a outros fatores.
GMAW / SAW
Bicos de Contatodanificados, de m
qualidade ou inadequado aplicao.
Trocar bico de contato;GMAW
Tabela 3: Nomenclatura dos Processos Conforme AWS American Welding Society
Figura 4: Junta com Respingos.
7. Definio de Mordeduras:
A mordedura caracterizada pela fuso da superfcie da chapa do metal de base prxima a
margem do cordo de solda.
Dependendo da norma utilizada na fabricao do conjunto soldado a mordedura aceitvel.
Contudo, dependendo do metal base a ser soldado uma descontinuidade bastante perigosa,
visto que em alguns casos, pode criar um entalhe na zona de ligao e concentrao de
tenses nesses locais. A figura 5 apresenta uma mordedura combinada com desalinhamento
do cordo de solda.
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7.1. Mordeduras Causas e Possveis Solues:
Causas: Possveis Solues: Processos de
Soldagem:
Manipulao inadequadada tocha ou eletrodo:
Tocha descentralizada nochanfro, no passe de raiz.Inclinao excessiva da
tocha para o lado.Falta de acesso ao
chanfro.
Distribuir o calor do arco emambas as faces do chanfro.Manter a inclinao corretaAlterar o projeto da unio ou a
seqncia de montagem, ouainda, usar um bocal menor.
GMAW / SAW/ SMAW
Tenso / Corrente muito
alta tipo detransferncia
Ajustar Tenso Corrente evitar a
transferncia Globular GMAW / SAW / SMAW
Velocidade de soldagemmuito alta
Diminuir a velocidade de soldagem/ ajustar aporte de calor avelocidade de soldagem
GMAW / SAW / SMAW
Tabela 4: Nomenclatura dos Processos Conforme AWS American Welding Society
Figura 5: Junta com Cordo desalinhado e Mordedura.
8. Definio de Trincas:
So consideradas as descontinuidades mais graves em soldagem. So fortes concentradores de
tenso, podendo favorecer o incio de fratura frgil na estrutura soldada. De um modo bem
simples, uma trinca pode ser considerada como o resultado da incapacidade do material em
responder as solicitaes impostas localmente pelas tenses decorrentes do processo de
soldagem.
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A aplicao localizada de calor deformando localmente o metal base, causa o aparecimento de
tenses de trao bi ou mesmo tri axiais na regio da solda. Este estado de tenses juntamente
com a fragilizao associada s mudanas microestruturais durante a soldagem ou a presena
de certos elementos (particularmente o hidrognio ), pode resultar na formao de trincas .
As trincas podem ser externas, isto atingirem a superfcie, ou totalmente internas, no sendo,
nesse caso detectveis por inspeo superficial na regio da solda. Podem ser localizada na
Zona Fundida (ZF), na Zona Termicamente Afetada (ZTA), no metal de solda e no metal
base.
Vrios mecanismos atuam para a formao de trincas nas juntas soldadas. Podendo ocorrer
durante a soldagem ( na solidificao ) , durante o resfriamento da pea horas e at mesmo
dias aps a realizao da soldagem , e mesmo quando da realizao de tratamento trmicopara alivio de tenses.
A figura 6 apresenta as Zonas e regies encontradas nas juntas soldadas, e a figura 7 ilustra
uma macrografia de uma trinca, observada em uma junta soldada pelo processo arco
submerso (SAW).
Figura 6: Regies da Junta soldada.
a ) ZTA Zona Termicamente Afetada / ZAC Zona Afetada pelo Calor.
b) Zona Fundida (ZF).c) Zona de Ligao (ZL).
d) Metal de Base (MB)
e) Cobre-Junta.
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8.1. Trincas Causas e Possveis Solues:
Causas: Possveis Solues: Processos deSoldagem:
Projeto de junta inadequado.
Adotar chanfros e condiesgerais da junta com dimenses
adequadas.Realizar uma preparao,
ponteamento e montagemda junta com alinhamento eespaamentos adequados.
GMAW / SAW/ SMAW
Elevada restrio doscomponentes estruturais(Restrio Geomtrica)
Usar pr-aquecimento, observara montagem, Ajustar todos osparmetros de soldagem parareduzir as tenses impostas a
junta.
GMAW / SAW / SMAW
Calor excessivo na junta,causando deformaes;contraes e distores.
.Reduzir a corrente ou a tenso
Aumentar a velocidade dasoldagem.
Contrabalancear o aportetrmico.
GMAW / SAW / SMAW
Relaes DimensionaisInadequadas.
Alargar o perfil do cordo,diminuir a penetrao. GMAW / SAW/ SMAW
Cordo de solda muitopequeno (passes de raiz ou
de filete)
Reduzir a velocidade desoldagem ou aumentar a seo
transversal do cordo.
GMAW / SAW / SMAW
Fragilizao por calorcausado pela presena de
elementos como o Enxofre(S)
Utilizar consumveis com maiorteor de Manganes.
Diminuir a altura do arco.Adequar a geometria do chanfropara melhorar a diluio.
Alterar a seqncia de passespara reduzir a restrio durante
o resfriamento. Alterar oconsumvel ou metal base para
obter uma adequada relaoentre % Manganes e % de
Enxofre.
GMAW / SAW / SMAW
Tempera da Zona
termicamente Afetada(ZTA).
Realizar pr-aquecimento para
retardar o resfriamento.. GMAW / SAW/ SMAW
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Tenses Residuais muitoelevadas.
Efetuar tratamento trmico deAlivio de Tenses.
GMAW / SAW / SMAW
Fragilizao por Hidrognio.
Utilizar consumveis secos,(arames, eletrodos, gases).Remover contaminantes
superficiais, (graxas, leos,tintas de marcao)
Manter a temperatura elevadaaps a concluso da soldagem
para difuso do Hidrognio (PsAquecimento).
GMAW / SAW / SMAW
Tabela 5: Nomenclatura dos Processos Conforme AWS American Welding Society
Figura 7: Macrografias de trincas soldas pelo processo arco submerso,
9. Definio de Incluses de escria:
Durante a fuso e subseqente solidificao da poa de fuso, vrias reaes se processam.
Estas reaes podem gerar partculas que, se presos no metal de solidificado, formariam
incluses. Por outro lado, vrios processos de soldagem utilizam fluxos que formam uma
escria que pode, por diversos motivos, ficar presa no metal solidificado.
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9.1. Incluso de Escria Causas e Possveis Solues:
Causas: Possveis Solues: Processos de
Soldagem:
Manipulao inadequadado bocal ou eletrodo, no
passe de raiz.
Manter a inclinao correta e amanipulao durante a soldagem
Alterar o projeto da unio ou aseqncia de montagem.
SAW / SMAW
Falha na limpeza entrepasses.
Ajustar Tenso Corrente evitar atransferncia Globular SAW / SMAW
Tabela 6: Nomenclatura dos Processos Conforme AWS American Welding Society
Figura 8 Detalhe de uma radiografia apresentando incluso de escria..
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10. Descontinuidades Combinadas:
Geralmente as descontinuidades em soldagem, no aparecem de forma isolada, na pratica e
comumente observada duas ou at mais imperfeies combinadas, pois os desvios podem sersanados, corrigindo apenas uma varivel do processo.
Solucionando a causa principal da imperfeio, na maioria dos casos, conseguimos obter
juntas isentas de falhas e com Qualidade satisfatria.
essencial que os responsveis pelas atividades de soldagem, conheam todos os detalhes
dos processos de soldagem, as caractersticas metalrgicas, fsicas e qumicas envolvidas nas
juntas e as exigncias das normas e cdigos aplicveis.
Alm das descontinuidades apresentadas anteriormente, podemos observar ainda perfil desolda irregular; sobreposio, distores geomtricas, cordes desiguais, desalinhamento,
concavidade e convexidade excessiva.
As figuras 9 e 10 ilustram algumas dessas ocorrncias.
Figura 9 Juntas com perfil irregular, mordedura, incluso de Escria e Porosidade.
Figura 10 Juntas com Oxidao e incluso de escria.
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11. Proposta para Melhoria da Qualidade em Juntas Soldadas:
Para a melhoria da Qualidade das juntas soldadas so necessrias aes em vrios nveis nas
empresas, sendo que os principais so:
Investimento em treinamento, principalmente nos soldadores e montadores dos
conjuntos;
Investimento em equipamentos de tecnologia adequados aos processos de soldagem
indicados;
Utilizao de consumveis com Qualidade e desempenho reconhecido;
Padronizao e elaborao de roteiros e planos de soldagem;
Elaborao de Registros de Qualificao dos Soldadores; Elaborao de Registro de Qualificao do Procedimento de Soldagem;
Controlar e exigir Certificado de Qualidade dos consumveis; e das matrias primas
utilizadas (tubos, chapas e perfis); essencial para a montagem de data book completo
com todo histrico da obra;
Laudos da inspeo visual, de lquidos penetrantes ou qualquer outra inspeo
realizada durante a fabricao;
Emitir a ART - Anotao de Responsabilidade Tcnica da execuo da Soldagem; Avaliao por inspeo visual em 100 % das juntas soldadas, e ensaio de lquido
penetrante em todas as juntas com penetrao total, ou outro critrio aceito pelas
partes;
Orientao dos soldadores, e demais colaboradores envolvidos no processo de
soldagem, em relao regulagem dos equipamentos, tcnica de soldagem e melhores
praticas a serem empregadas em campo, visando melhor Qualidade e acabamento de
todas as juntas soldadas; Emisso dos laudos de acompanhamento de soldagem com o registro dos parmetros
reais de execuo de todos os soldadores envolvidos na obra;
Emisso dos laudos de aprovao; ou outro ensaio complementar de estanqueidade,
visando garantir a Qualidade das juntas mais criticas;
Acompanhamento do procedimento de reparo, para os desvios encontrados nos
ensaios de inspeo visual ou lquido penetrante;
Consumveis, arames, varetas e eletrodos, utilizados e demais laudos aplicveis;
Controlar a montagem e a preparao das peas para evitar desalinhamento e
espaamentos excessivos, conforme demonstrado nas figuras 11e 12.
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Figura 11. Detalhe da Estrutura Desalinhada e com espaamentos.
Figuras 12 Espaamentos Excessivos.
12. Concluso:
As normas ABNT NBR 8800, ISO 9000, AWS - D1. 1, ISO 3834, bem como suas
complementares, podem servir como uma poderosa ferramenta para a elaborao das rotinas
e validao dos processos e procedimentos de soldagem.
Para as empresas do segmento de estruturas metlicas tornarem-se mais competitivas, fundamental a mudana de atitude, o controle das etapas do processo, investimentos em
tecnologia e principalmente em treinamento em todos os nveis das empresas.
Espero que esse trabalho agregue novas informaes e traga uma nova viso para os aspectos
de Qualidade das juntas soldadas em estruturas metlicas e conjuntos soldados.
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13. Bibliografia:
1.SENAI-SP , Soldagem .Org.Selma Ziedas e Ivanisa Tatini.So Paulo, 1997 .553p( Coleo Tecnologia SENAI)
2. OKUMURA,T.,TANIGUCHI, C Engenharia de Soldagem e Aplicaes, Rio de Janeiro: LTC,1978. 461p
3.BRITO, Jos de Deus; PARANHOS , Ronaldo Como Determinar os Custos da Soldagem ,Campos dos Goytacazes RJ ParkGraf Editora Ltda., 2005, 74p
4.NOVAIS, Paulo Rogerio Santos de Notas de Aula Curso Tecnologia de Soldagem FATEC / SP So Paulo -2010
5. Marques, P.V Tecnologia da Soldagem, Belo Horizonte : Editora O LUTADOR- 1991.354p