Processos de fabricação - MARCIO GOMES · PDF file1901 Fouché e Picard...
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Prof. Marcio Gomes 1 Processos de fabricação SOLDAGEM
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Prof. Marcio Gomes 1
Processos de fabricação
SOLDAGEM
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Soldagem: introdução
A soldagem está intimamente ligada às mais
importantes atividades industriais que existem no
mundo moderno:
construção naval, ferroviária, aeronáutica e
automobilística, caldeiraria, construção civil metálica,
indústria metalúrgica, mecânica e elétrica.
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Soldagem: avanços
Apesar de importantíssimo, teve seu maior avanço nos
últimos 100 anos.
Os avanços na metalurgia obrigam a soldagem a
procurar novas técnicas e materiais que sejam
compatíveis com as novas ligas criadas.
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Soldagem
Nesse curso vamos abordar os principais
processos, seus materiais e técnicas, de
modo que você possa ter uma boa idéia da
importância deles no contexto da indústria
metal-mecânica.
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O que é soldagem?
Segundo a Associação Americana de Soldagem
(American Welding Society - AWS)
soldagem é o "processo de união de materiais
usado para obter a coalescência (união) localizada de
metais e não-metais, produzida por aquecimento até
uma temperatura adequada, com ou sem a utilização
de pressão e/ou material de adição"
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Vantagem da soldagem
Podemos unir dois materiais parafusando, rebitando,
colando.
Porém, a grande vantagem da soldagem é a
possibilidade de obter uma união em que os materiais
têm uma continuidade não só na aparência externa,
mas também nas suas características e propriedades
mecânicas e químicas, relacionadas à sua estrutura
interna.
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Soldagem:
condições imprescindíveis
calor e / ou pressão.
O calor é necessário porque grande parte dos
processos de soldagem envolve a fusão dos
materiais, ou do material de adição, no local da solda.
Mesmo quando se usa pressão e, às vezes, o ponto
de fusão não é atingido, o aquecimento facilita a
plasticidade do metal e favorece a ação da pressão
para a união dos metais.
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Evolução dos processos
O primeiro processo de soldagem por fusão com
aplicação prática foi patenteado nos Estados Unidos
em 1885.
Ele utilizava o calor gerado por um arco estabelecido
entre um eletrodo de carvão e a peça.
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Evolução dos processos
O calor do arco fundia o metal no local da junta e
quando o arco era retirado, o calor fluía para as
Zonas adjacentes e provocava a solidificação do
banho de fusão.
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Evolução dos processos
Alguns anos mais tarde, o eletrodo de carvão foi
substituído por um eletrodo metálico.
O processo de aquecimento passou, então, a ser
acompanhado da deposição do metal fundido do
eletrodo metálico na peça.
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Evolução dos processos
A utilização do oxigênio e de um gás combustível
permitiu a obtenção de chama de elevada
temperatura facilitando a fusão localizada de
determinados metais e a formação de um banho de
fusão que, ao solidificar, forma a "ponte" entre as
peças a serem unidas.
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Evolução dos processos
A soldagem por fusão inclui a maioria dos processos
mais versáteis usados atualmente.
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Evolução dos processos
Outros processos se baseiam na aplicação de
pressões elevadas na região a ser soldada. O
aquecimento das peças a serem unidas facilita a
ligação entre as partes.
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Soldagem por pontos
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Soldagem por costura
Para unir duas
chapas de 0,8 mm
de espessura,
trabalha-se com
uma corrente de
aproximadamente
1500 A e uma força
de 300 kg.
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Soldagem por resistência elétrica sem
adição de metal
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Evolução dos processos
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1801 Sir Humphey Davis descobre o fenômeno do arco elétrico
1836 Edmund Davy descobre o Acetileno
1885 N. Bernardos e S. Olsewski depositam patente do processo de soldagem por arco
elétrico
1889 N.G. Slavianoff e C. Coffin substituem o eletrodo de grafite por arame metálico
1901 Fouché e Picard desenvolvem o primeiro maçarico industrial para soldagem
oxiacetilênica
1903 Goldschmidt descobre a solda aluminotérmica
1907 O. Kjellberg deposita a patente do primeiro eletrodo revestido
1919 C. J. Halsag introduz a corrente alternada nos processos de soldagem
1926 H.M. Hobart e P.K. Denver utilizam gás inerte como proteção do arco elétrico
1930 Primeiras normas para eletrodo revestido nos EUA
1935 Desenvolvimento dos processos de soldagem TIG e Arco Submerso
1948 H.F. Kennedy desenvolve o processo de soldagem MIG
1950 França e Alemanha desenvolvem o processo de soldagem por feixe de elétrons
1953 Surgimento do processo MAG
1957 Desenvolvimento do processo de soldagem com arame tubular e proteção gasosa
1958 Desenvolvimento do processo de soldagem por eletro-escória , na Rússia
1960 Desenvolvimento de processo de soldagem a laser, nos EUA
1970 Aplicados os primeiros robôs nos processos de soldagem
Evolução dos processos - Resumo
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Classificação dos processos de
soldagem
Tomando como base o mecanismo físico envolvido:
Soldagem por fusão – Processo no qual as partes
são fundidas por meio de energia elétrica ou química,
sem aplicação de pressão.
Soldagem por pressão – Processo no qual as
partes são coalescidas (unidas) e pressionadas uma
contra a outra.
Brasagem – Processo no qual as partes são unidas
por meio de uma liga metálica de baixo ponto de fusão.
Por esse método o metal base não é fundido.
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Processos de soldagem
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Soldagem a
arco elétrico
Soldagem por
fusão
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Propriedade imprescindível na
soldagem
SOLDABILIDADE
Pouco adianta desenvolver um novo material sem que
ele possibilite alcançar boa soldabilidade. Por isso,
os processos de soldagem estão em contínua
evolução.
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Soldabilidade: definição
Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de
se unirem por meio de soldagem e de formarem uma
série contínua de soluções sólidas coesas,
mantendo as propriedades mecânicas dos materiais
originais.
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Soldabilidade:
fatores que a afetam
O principal fator que afeta a soldabilidade dos
materiais é a sua composição química.
Outro fator importante é a capacidade de formar a
série contínua de soluções sólidas entre um metal e
outro.
Assim, devemos saber como as diferentes ligas
metálicas se comportam diante dos diversos processos
de soldagem.
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Soldabilidade: alta ou baixa?
Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados,
tais como:
controle de temperatura de aquecimento e de
interpasse, ou tratamento térmico após soldagem, por
exemplo, dizemos que o material tem baixa
soldabilidade.
Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados,
dizemos que o material tem boa soldabilidade.
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Soldabilidade
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Soldabilidade
Como se vê, a soldabilidade mútua dos metais varia de
um material metálico para outro, de modo que as
juntas soldadas nem sempre apresentam as
características mecânicas desejáveis para
determinada aplicação.
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Metalurgia da solda
O simples fato de se usar calor nos processos de
soldagem implica em alterações na microestrutura
do material metálico.
Do ponto de vista da estrutura metalográfica, no
local da solda, o material apresenta características
de metal fundido.
Por isso, não podemos nos esquecer de que, às
vezes, o metal após sofrer aquecimento, tem suas
características mecânicas afetadas.
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Metalurgia da solda
A junta soldada pode se tornar relativamente frágil.
Na zona afetada termicamente, a estrutura do metal
pode ser modificada pelo aquecimento e rápido
resfriamento durante o processo de soldagem.
A composição química fica, entretanto, praticamente
inalterada.
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Metalurgia da solda
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Definições
ZONA TERMICAMENTE AFETADA (ZTA): Porção do
metal de base que não foi fundido, mas cujas
propriedades mecânicas ou micro estrutura foi afetada
pelo calor da soldagem ou corte.
ZONA FUNDIDA: Região que sofre fusão durante uma
soldagem.
ZONA DE LIGAÇÃO: Região da junta soldada que
envolve a zona fundida. É a região que durante a
soldagem foi aquecida entre a linha líquidos e sólidos.
Para os metais puros se reduz a uma superfície.
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Metalurgia da solda
Na zona de ligação, observa-se uma transição entre
a estrutura do metal fundido e a do metal de base.
Na zona termicamente afetada o metal é
superaquecido, provocando um aumento do
tamanho do grão e, portanto, uma alteração das
propriedades do material. Essa faixa é normalmente a
mais frágil da junta soldada.
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Metalurgia da solda
A medida que aumenta a distância da zona fundida,
praticamente não há diferenças na estrutura do
material porque as temperaturas são menores.
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Segurança em primeiro lugar
Os principais riscos das aplicações de soldagem são:
incêndios e explosões;
queimaduras;
choque elétrico;
inalações de fumos e gases nocivos e radiação.
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Segurança em primeiro lugar
Do ponto de vista do soldador, este deve proteger-se
contra:
queimaduras provocadas por fagulhas, respingos
de material fundido e partículas aquecidas;
choques elétricos;
e das radiações de luz visível ou invisível (raios
infravermelhos e ultravioleta) sempre presentes nos
diversos processos de soldagem.
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Efeito da corrente elétrica
A intensidade de um choque elétrico é determinado
pela corrente elétrica que circula pelo corpo
humano.
Para freqüências entre 50 e 60 Hz, as reações,
dependendo das condições de saúde, da constituição
física e das condições ambientais em que se encontre
a vítima, são:
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Efeito da corrente elétrica
1 mA – Apenas a sensação do choque, este nível de
corrente não envolve qualquer perigo.
5 mA – Os músculos são violentamente estimulados,
com considerável sensação de dor.
10 mA – Dor insuportável.
20 mA – Contração violenta dos músculos; a vítima
não consegue se separar do circuito elétrico por si só.
50 mA – Consideravelmente perigoso.
100 mA – Resultado fatal.
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Equipamentos de proteção
individual - EPI
Durante a soldagem, o operador deve proteger:
as mãos, com luvas feitas com raspas de couro;
o tronco, com um avental de raspa de couro, ou
aluminizado;
os braços e os ombros com mangas e ombreiras
também feitas de raspas de couro;
a cabeça e o pescoço, protegidos por uma touca;
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EPI
os pés e as pernas, com botinas de segurança
providas de biqueira de aço e perneiras com polainas
que, ao cobrir o peito dos pés, protegem contra
fagulhas ou respingos que possam entrar pelas
aberturas existentes nas batinas.
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EPI
dependendo do processo de soldagem, o rosto
deve ser protegido com máscaras ou escudos de
proteção facial dotados de lentes que filtram as
radiações infravermelha e ultravioleta, além de atenuar
a intensidade luminosa.
No processo oxiacetilênico, usam-se, para esse
mesmo fim, óculos com lentes escuras ao invés de
máscara;
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EPI
as vias respiratórias, com máscaras providas de
filtros, toda a vez que se trabalhar em locais
confinados ou com metais que geram vapores
tóxicos como o chumbo e o mercúrio.
As roupas do soldador devem ser de tecido não
inflamável, e devem estar sempre limpas, secas e
isentas de graxa e óleo para evitar que peguem fogo
com facilidade.
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EPI
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EPI
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EPI
Respirador de poeira
• Usados em ambientes
carregados de fumaça
e pó.
• Ineficazes com
respeito a substâncias
gasosas (gases e
vapores).
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EPI
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EPI
Respirador para gases venenosos
• Usados em
locais fechados,
como um tanque
ou um túnel.
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Precauções contra acidentes
Manter o local de trabalho sempre limpo;
Retirar todo o material inflamável do local de
trabalho antes de iniciar a soldagem;
Manter o local de trabalho bem ventilado;
Restringir o acesso de pessoas estranhas ao local
da soldagem, isolando-o por meio de biombos;
Usar sempre o equipamento de proteção individual.
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Providências para evitar a
fadiga do soldador
Posicionar a peça a ser soldada de modo que a
soldagem seja executada na posição plana, sempre
que possível;
Usar o menor tamanho possível de maçarico / tocha
adequado à junta que se quer soldar;
Usar luvas leves e flexíveis;
Usar máscaras com lentes adequadas que
propiciem boa visibilidade e proteção;
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Providências para evitar a
fadiga do soldador
Garantir ventilação adequada;
Providenciar ajuda adicional para a realização de
operações como limpeza e goivagem;
Colocar a mesa de trabalho e os gabaritos de modo
que o soldador possa se sentar durante a soldagem.
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Goivagem
Método de remoção do material depositado, utilizado
para eliminar distorções (defeitos), na raiz e / ou
cordão de solda, provenientes da soldagem.
Principais métodos de goivagem:
a ar com arco elétrico;
goivagem a maçarico oxiacetilênico;
por meios mecânicos: usinagem e
esmerilhamento.
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Goivagem a chama
Consiste na remoção de material depositado,
trabalhando-se com o eixo do bico inclinado de 25 a
35° em relação à superfície da chapa a ser trabalhada.
O metal goivado é removido por meio do jato de
oxigênio a alta pressão, ocasião em que a escória
formada também é eliminada.
Este método de goivagem é empregado
principalmente na limpeza da raiz e na remoção de
cordões defeituosos de solda.
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Goivagem a chama
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Goivagem a ar com arco elétrico
Nesse processo o arco é gerado entre um eletrodo de
carvão e o metal-base.
O eletrodo de carvão tem um canal interno, através do
qual flui um jato de ar comprimido, que tem as
mesmas funções do oxigênio, no método anterior.
O processo utiliza corrente contínua, polaridade
inversa.
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Prof. Marcos Andrade 54
Goivagem a ar com arco elétrico
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Comparando os processos de
goivagem
A goivagem a arco elétrico apresenta uma eficiência
de 2 a 3 vezes maior que a goivagem a gás, provoca
uma zona termicamente afetada mais estreita e tem
menor influência sobre a qualidade do metal-base.
Estes fatores fazem com que, atualmente, a utilização
da goivagem a arco elétrico seja bem maior do que
sua similar a gás.
