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Prof. Dr. Almir Quites 15/02/2011

Você pode unir peças, transformando-as em uma única, sem superfícies de contato, colas ou dispositivos de fixação; em outras palavras, sem descontinuidades. Basta realizar uma soldagem.

O que é isto?

Antigamente, conceituava-se soldagem como “a junção de metais por fusão”. Todavia nem sempre foi preciso recorrer à fusão e não só os metais são soldáveis. Além disso, há condições nas quais a soldagem pode se realizar mesmo sem aquecimento. Foi adotado, então, o seguinte conceito, ainda muito usado: “soldagem é a união de peças por métodos que não se baseiam no emprego de dispositivos de fixação”. Contudo, este conceito não distinguia bem a soldagem da colagem.

A definição da Associação Americana de Soldagem (AWS) é a seguinte: “welding is a materials joining process which produces coalescence of materials by heating them to suitable temperatures with or without the application of pressure or by the application of pressure alone and with or without the use of filler material". Tradução: "soldagem é o processo de junção de materiais que produz a coalescência dos materiais mediante o aquecimento deles a temperatura apropriada com ou sem a aplicação de pressão ou com aplicação apenas de pressão e com ou sem o uso de material de enchimento".

Sou professor universitário desde 1965 e, em meus cursos, sempre me recusei a adotar a definição corrente de soldagem, estabelecida pela AWS (American Welding Society).

Uma definição como esta, usada internacionalmente, deveria ser bem formulada, mas não é. Destoa a expressão "com ou sem",

usada duas vezes, a qual não exclui nada nem acrescenta nada. Portanto é inútil na definição. Depois, percebe-se que a expressão "mediante o aquecimento deles (dos materiais) à temperatura apropriada" exclui a soldagem em temperatura ambiente (sem aquecimento). Finalmente, implico com a palavra coalescência, o que requer considerações mais detalhadas em mais parágrafos.

“Coalescence”, em inglês, é uma palavra de origem latina, de coalescere, junção do prefixo co (junto = "together") com o verbo alescere (crescer = "to grow up"). Foi introduzida na língua inglesa no início do século XVI, significando o crescimento de duas partes em uma única por mútua assimilação.

O termo coalescência tem acepções diferentes na Linguística, na Psicologia, na Botânica, na Genética, na Medicina, na Astronomia, na Meteorologia, na Ciência da Computação etc. No entanto, numa definição de soldagem, é imperioso que se atenha aos significados da Engenharia, que são os significados da Química e da Física. A soldagem, que se pretende definida pelo conceito de coalescência, não pode redefinir esta palavra.

Na área da Química, há várias definições. Por exemplo: coalecência é “the process by which separate masses of miscible substances seem to "pull" each other together should they make the slightest contact” [1]. Tradução: “processo pelo qual massas separadas de substâncias miscíveis parecem se atrair ao mais leve contato”. Outro exemplo: “coalescência é a junção de gotículas, levando à formação de glóbulos maiores que, finalmente, pode levar a fase dispersa a tornar-se uma fase contínua, separada da dispersão por uma única interface” [2].

Evidentemente, estas definições não condizem com o que acontece na soldagem e só são aplicáveis a fases miscíveis, ou seja a líquidos, gases ou partículas (fumos, por exemplo).

Na área da Física, encontram-se definições tais como esta: “coalescence is the process by which two or more droplets, bubbles or particles merge during contact to form a single daughter droplet, bubble or particle” [3]. Tradução: “coalescência é o processo pelo qual duas ou mais gotas, bolhas ou partículas se fundem durante o contato para dar forma a uma única filha, seja gota, bolha ou partícula”.

Outra definição da área da Física é a seguinte: "the fusion of drops or bubbles upon contact with each other in a mobile medium (liquid or gas) or on the surface of a body. It is

accompanied by enlargement of drops (bubbles) and is brought about by the effect of forces of inter-molecular attraction. It is a spontaneous process accompanied by a decrease in the free energy of the system. As a result of coalescence, emulsions and foams may cease to exist as disperse systems and undergo complete separation into two macrophases, liquid-liquid or liquid-gas” [4]. Tradução: “a união de gotas ou de bolhas ao contato, uma com a outra, em um meio fluído (líquido ou gás) ou na superfície de um corpo. É acompanhada da ampliação das gotas (bolhas) e é causada pelo efeito das forças da atração intermolecular. É um processo espontâneo, acompanhado de uma diminuição na energia livre do sistema. Em conseqüência da coalescência, as emulsões e espumas podem deixar de existir como sistemas de dispersão e se separarem completamente em duas macrofases, líquido-líquido ou líquido-gás”. Este conceito assenta-se na Termodinâmica e enfatiza que a coalescência é um processo espontâneo, portanto acompanhado de redução da energia livre do sistema. Ora, a soldagem não é normalmente um processo espontâneo e, mesmo que fosse (em casos muito especiais), não seria isto que a caracterizaria. Além disso, a soldagem pode acontecer no estado sólido, sem fusão.

Em metalurgia usa-se tanto a definição da física como a da química, principalmente na metalurgia do pó, onde o conceito se estende a estruturas cristalinas desordenadas [5].

Parece-me muito óbvio que o conceito de coalescência não se presta para base da definição de soldagem.

Estávamos ainda no ano de 1979 quando editei meu primeiro livro de soldagem. Chamava-se TECNOLOGIA DA SOLDAGEM A ARCO VOLTAICO [6]. Um ano antes, aproximadamente, já na redação do primeiro capítulo, foi preciso tomar uma decisão sobre como conceituar soldagem. Logo percebi que não poderia me basear na idéia de coalescência e que deveria descartar conceitos meramente operacionais. Precisaria ir ao cerne da questão, visando alcançar uma definição. Então, adotei a seguinte formulação:

Soldagem é a operação que objetiva a união de duas ou mais peças assegurando a continuidade das

propriedades químicas e físicas na junta.

A definição de continuidade é bem estabelecida na metalurgia e tem origem na matemática. Além disso, trata-se de

um conceito que faz parte do cotidiano dos ensaios não destrutivos. Claro que este conceito não é aplicável ao nível submicroscópico ou de camadas atômicas. Nestes níveis não existe continuidade.

Logo, é a capacidade de produzir uma junta sem descontinuidades que define um processo de união como sendo uma soldagem. Esta é a definição que adoto em todos os cursos da SOLDASOFT.

A palavra continuidade tem aqui o mesmo significado usado na matemática quando se descreve a continuidade de funções. Assim por exemplo, se a dureza medida transversalmente a uma junta variar, esta variação deve ser contínua para que a operação de união possa ser considerada uma soldagem. Outras operações de união não são capazes de obter essa continuidade - caso da rebitagem, parafusagem, colagem e brasagem.

Na prática industrial, nem sempre um processo de soldagem transcorre sem produzir descontinuidades, embora seja capaz disso. Se isto ocorrer, algumas descontinuidades poderão ser toleradas, outras não. Se forem inaceitáveis, serão consideradas defeitos. Então, definem-se critérios de aceitação para decidir se uma descontinuidade pode ser tolerada ou se a união deve ser reparada. Os critérios de aceitação dependem do uso posterior da peça soldada. Em alguns, casos estes critérios devem ser muito rigorosos, como no caso de soldagens em reatores nucleares.

Como se faz para unir duas peças conforme a definição de soldagem?

Primeiro é preciso posicionar as peças de modo a definir o local e a forma da junta a ser feita. Na prática corrente, sempre existirá uma folga entre as partes a unir, por menor que seja. Logo, para assegurar a continuidade, são necessárias:

a) interposição de material adicional (material de enchimento), capaz de preencher o espaço entre os materiais de base;

b) solubilização do material de base e do material de adição (diluição do material de base na solda).

Chama-se de material de base o material que constitui as partes a unir. A fig.1 mostra, como exemplo, o caso em que os elementos 1 e 2 estão colocados frente a frente (de topo) e separados por uma folga. No espaço entre eles queremos realizar uma união por soldagem. As setas indicam que utilizando energia e

material adicional podemos preencher a junta e realizar uma soldagem. No final do processo, os dois elementos a unir se transformam em um único, isto é, transformam-se numa peça soldada.

Fig 1 - Caracterização de um processo de soldagem: 1) antes: materiais

de base; 2) durante: processo de soldagem; 3) depois: peça soldada.

A solubilização requer energia. Por exemplo, no caso da soldagem a arco voltaico, esta energia provém quase que exclusivamente do próprio arco voltaico. Entretanto, no caso da soldagem por resistência elétrica, têm-se dois tipos de energia:

(a) o calor gerado pelo “efeito Joule”, quando da passagem de corrente elétrica pelas peças, e

(b) a energia mecânica da pressão exercida entre as duas peças ou chapas.

Quando a energia é aplicada com a intenção de fundir o material de base, a solubilização se processa na fase líquida. No entanto, a energia pode ser aplicada com outro objetivo: provocar uma tensão no material, capaz de produzir a solubilização na fase sólida (portanto, sem fusão). No primeiro caso, tem-se uma soldagem por fusão. No segundo, uma soldagem por pressão. Assim, a soldagem por fusão é obtida pela solubilização, na fase líquida, das partes a unir e subseqüente solidificação da junção. Por sua vez, a soldagem por pressão é obtida pela solubilização, na fase sólida, das partes a unir.

Pode-se ainda classificar a soldagem por fusão, segundo o processo de obtenção do calor, em soldagem a chama, soldagem elétrica a arco voltaico, elétrica por indução, etc. Há casos em que não é nítida a diferença entre soldagem por pressão e por fusão.

Referências: [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Coalescence_(disambiguation)

[2] R. Rinaldi; C. Garcia; L. L. Marciniuk; A. V. Rossi; U.Schuchardt. Synthesis of biodiesel: a contextualized experiment proposal for the general chemistry laboratory. Quím. Nova vol.30 no.5 São Paulo Sept./Oct. 2007.

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Coalescence_(physics)

[4] http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Coalescence

[5] J. M. Rojo.; Superfícies cristalinas desordenadas: una frontera entre la fisica y la quimica? TEMAS ACTUALES EN CIENCIA DOS MATERIALES; Universidad de Sevilla, 2000. Pag. 121.

[6] Quites, A. M. ; Dutra J. C. ; Tecnologia da Soldagem a Arco Voltaico(CDD 671.521 2 / CDU 621.791.75).